Это наблюдение представляет собой первый случай, когда Хаббл стал свидетелем такого типа эффекта, создаваемого звездой. Эти данные дают надежную оценку массы белого карлика и дают представление о теориях структуры и состава сгоревшей звезды.
Общая теория относительности Эйнштейна, впервые предложенная в 1915 году, описывает, как массивные объекты искажают пространство, что мы воспринимаем как гравитацию. Теория была экспериментально подтверждена четыре года спустя, когда группа под руководством британского астронома сэра Артура Эддингтона измерила, насколько сила тяжести солнца отклоняет изображение звезды на заднем плане, когда ее свет задевает солнце во время солнечного затмения, — эффект, названный гравитационным микролинзированием.
Астрономы могут использовать этот эффект, чтобы увидеть увеличенные изображения далеких галактик или, с более близкого расстояния, измерить крошечные сдвиги в видимом положении звезды на небе. Однако исследователям пришлось подождать столетие, чтобы построить достаточно мощные телескопы, чтобы обнаружить это явление гравитационного искажения, вызванное звездой за пределами нашей Солнечной системы. Величина отклонения настолько мала, что его мог измерить только Хаббл.Хаббл наблюдал близлежащую белую карликовую звезду Stein 2051 B, когда она проходила перед фоновой звездой.
Во время близкого выравнивания гравитация белого карлика искривляла свет от далекой звезды, заставляя ее казаться смещенной примерно на 2 миллисекунды дуги от ее фактического положения. Это отклонение настолько мало, что оно эквивалентно наблюдению за муравьем, ползущим по поверхности квартала на расстоянии 1500 миль.Используя измерение отклонения, астрономы Хаббла подсчитали, что масса белого карлика составляет примерно 68 процентов массы Солнца. Этот результат соответствует теоретическим предсказаниям.
Этот метод открывает окно нового метода определения массы звезды. Обычно, если у звезды есть спутник, астрономы могут определить ее массу, измерив орбитальное движение двойной звездной системы. Хотя у Stein 2051 B есть компаньон, ярко-красный карлик, астрономы не могут точно измерить его массу, потому что звезды расположены слишком далеко друг от друга.
Между звездами не менее 5 миллиардов миль — это почти вдвое больше нынешнего расстояния Плутона от Солнца.«Этот метод микролинзирования — очень независимый и прямой способ определения массы звезды», — пояснил ведущий исследователь Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. «Это как поставить звезду на шкале: отклонение аналогично движению стрелки на шкале».Саху представит результаты своей команды 7 июня на встрече Американского астрономического общества в Остине, штат Техас.
Анализ Хаббла также помог астрономам независимо проверить теорию о том, как радиус белого карлика определяется его массой, идея, впервые предложенная в 1935 году индийским американским астрономом Субраманьяном Чандрасекаром. «Наши измерения — хорошее подтверждение теории белых карликов, и они даже говорят нам о внутреннем составе белого карлика», — сказал член команды Говард Бонд из Университета штата Пенсильвания в Юниверсити-парке.Команда Саху определила Stein 2051 B и ее фоновую звезду после анализа данных о более чем 5000 звезд в каталоге ближайших звезд, которые, кажется, быстро движутся по небу.
Звезды с более сильным видимым движением по небу имеют больше шансов пройти перед далекой звездой на заднем плане, где можно измерить отклонение света.После идентификации Stein 2051 B и картирования фонового звездного поля исследователи использовали широкоугольную камеру Хаббла 3, чтобы наблюдать за белым карликом семь разных раз в течение двухлетнего периода, когда он двигался мимо выбранной фоновой звезды.Наблюдения Хаббла были сложными и требовали много времени.
Исследовательская группа должна была проанализировать скорость белого карлика и направление, в котором он двигался, чтобы предсказать, когда он достигнет положения, изгибающего звездный свет, чтобы астрономы могли наблюдать это явление с помощью Хаббла.Астрономам также пришлось измерить крошечное количество отклоненного звездного света. «Stein 2051 B кажется в 400 раз ярче, чем далекая фоновая звезда», — сказал член команды Джей Андерсон из STScI, который руководил анализом для точного измерения положения звезд на изображениях телескопа Хаббла. «Таким образом, измерение чрезвычайно малого отклонения похоже на попытку увидеть, как светлячок движется рядом с лампочкой. Движение насекомого очень мало, а свечение лампочки затрудняет наблюдение за движением насекомого».
Фактически, небольшое движение примерно в 1000 раз меньше, чем измерение, проведенное Эддингтоном в его эксперименте 1919 года.Stein 2051 B назван в честь его первооткрывателя, голландского римско-католического священника и астронома Йохана Штейна. Он находится в 17 световых годах от Земли, а его возраст оценивается примерно в 2,7 миллиарда лет. Фоновая звезда находится на расстоянии около 5000 световых лет от нас.
Исследователи планируют использовать телескоп Хаббла для проведения аналогичного исследования микролинзирования с Проксимой Центавра, ближайшим звездным соседом нашей Солнечной системы.