W jaki sposób naukowcy “ważą” gwiazdy?

Gwiazdy to ogromne kule gorącego gazu znajdujące się w odległości wielu bilionów kilometrów, ale gdy są obserwowane z Ziemi, wyglądają jak maleńkie świecące kropki widoczne na nocnym niebie. W ramach jednego z badań astronomowie dokonali precyzyjnego pomiaru masy pobliskiego “białego karła”, gwiazdy, która osiągnęła koniec swojego cyklu życia. Ale jak dokładnie udało im się to zrobić? W jaki sposób naukowcy “ważą” masę gazowej kuli odległej o lata świetlne?

“Prawie jedyny sposób, w jaki astronomowie mierzą masy gwiazd, planet i galaktyk, polega na ich wzajemnym oddziaływaniu grawitacyjnym” – powiedział Terry Oswalt, profesor fizyki inżynierskiej na Embry-Riddle Aeronautical University.

Innymi słowy, jeśli satelita znajduje się na orbicie wokół Jowisza, możliwe jest oszacowanie masy Jowisza poprzez pomiar wpływu grawitacji planety na orbitę satelity.

Takie szacunki można również przeprowadzić w przypadku gwiazd. Czułe instrumenty, takie jak już emerytowany teleskop kosmiczny Keplera NASA, mogą wykrywać planety krążące wokół gwiazd po drugiej stronie Drogi Mlecznej, mierząc drobne zmiany prędkości gwiazd, gdy planety “szarpią” nimi na swoich orbitach – wyjaśnił Oswalt. Pomiary te mogą również dostarczyć naukowcom informacji o masach gwiazd.

Kiedy dwie gwiazdy krążą wokół siebie, tak jak w przypadku gwiazd podwójnych, astronomowie mogą mierzyć ich ruch za pomocą tak zwanego efektu Dopplera, na którym również opiera się działanie policyjnych fotoradarów, wyjaśnia Oswalt. Jednak ta technika wymaga, aby obiekty były obserwowalne.

“Istnieje kilka pośrednich sposobów oszacowania masy gwiazdy na podstawie jej widma (światła), ale zależą one od szczegółowego modelu jej atmosfery, co do którego nigdy nie wiadomo nic na pewno” – powiedział Oswalt.

Technika, opisana w badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science, pozwala astronomom ocenić masy gwiazd i innych ciał niebieskich, w tym białych karłów i czarnych dziur, z których wszystkie są trudne do zaobserwowania za pomocą teleskopów.

Badanie, prowadzone przez astronomów z Space Telescope Science Institute w Baltimore, pokazało, jak naukowcy zmierzyli masę pobliskiego białego karła o nazwie Stein 2051 B. Ich technika pomiaru opierała się na wpływie grawitacji na światło.

“W swoim słynnym równaniu E = mc ^ 2 Albert Einstein postulował równoważność masy i energii” – powiedział Oswalt. “Światło to odrobina energii i jeszcze mniejszy odpowiednik masy, ale wpływa na nie również grawitacja”.

Einstein przewidział również, że promień światła z odległej gwiazdy przechodzący obok obiektu będzie się nieznacznie uginał w wyniku grawitacyjnego przyciągania tego obiektu. Aby można było zaobserwować efekt, oba obiekty muszą znaleźć się w prawie idealnym zrównaniu, co, jak powiedział Oswalt, jest dość rzadkie.

“Gdy światło z gwiazdy tła przechodzi obok białego karła, ścieżka, po której się porusza, zostaje zagięta, a to oznacza, że ​​światło, które zobaczymy, wydaje się pochodzić z innego miejsca, niż znajduje się rzeczywista gwiazda, a to sprawia, że karzeł powoli przesuwa się po gwieździe tła, tak jakby gwiazda tła robiła małą pętlę na niebie ”- wyjaśnił Oswalt.

“Podstawową ideą jest to, że pozorne odchylenie pozycji gwiazdy tła jest bezpośrednio związane z masą i grawitacją białego karła” dodał Oswalt.

Efekt, zwany mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym, był wcześniej obserwowany na znacznie większą skalę podczas całkowitych zaćmień lub obejmował obiekty znajdujące się znacznie dalej niż Stein 2051 B.W tych odległych obiektach grawitacja działa jak soczewka powiększająca, która zakrzywia światło gwiazd i w rezultacie rozjaśnia źródło światła, jak twierdzi Oswalt, w przypadku bardzo odległych galaktyk można było zaobserwować efekt zwany pierścieniem Einsteina – deformacją światła pod wpływem grawitacji.

Obserwacje bliskich osiowania, takie jak ta, która umożliwiła naukowcom zmierzenie załamania światła wywołanego przez pobliskiego białego karła Stein 2051 B, są obecnie rzadkie. Ale Oswalt powiedział, że nowe obserwatoria, takie jak sonda kosmiczna Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, czy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, pozwolą astronomom na znacznie częstsze obserwowanie takich wydarzeń, a tym samym pozwolą im na mapowanie obiektów we Wszechświecie, które do tej pory były trudne do zbadania.

 

Źródła: Tereza Pultarova / Live Science

Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star

Zdjęcia: Pixabay

 

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x