Astronómovia použili Hubblov vesmírny ďalekohľad na to, aby po prvý raz priamo zmerali hmotnosť osamoteného bieleho trpaslíka – preživšie jadro hviezdy podobnej Slnku, ktorá vyčerpala svoje jadrové palivo.
Biely trpaslík má hmotnosť 0,56 hmotnosti Slnka. Súhlasí to s teoretickými predpoveďami o hmotnosti bielych trpaslíkov a potvrdzuje teórie o tom, ako sa biele trpaslíky vyvíjajú ako konečné štádium typického vývoja hviezd. Unikátne pozorovanie prináša pohľad do teórií štruktúry a zloženia týchto objektov.
Mikrošošovkovanie
Doterajšie merania hmotnosti bielych trpaslíkov pochádzali z pozorovaní dvojhviezdnych systémov. Sledovaním pohybu dvoch hviezd obiehajúcich okolo spoločného ťažiska sa dá zistiť ich hmotnosť vďaka tretiemu Keplerovmu zákonu – stačí zmerať tzv. veľkú polos dráhy a periódu obehu. Tieto merania však môžu byť nepresné, ak hviezdy obiehajú okolo seba po dráhe s veľmi dlhou periódou, stovky či tisícky rokov. Ich orbitálny pohyb sa dá merať ďalekohľadom iba na krátkom úseku dráhy, takže periódu, veľkú polos a aj hmotnosť možno odvodiť len s veľkou chybou.
Astronómovia teraz vďaka javu nazývanému gravitačné mikrošošovkovanie overili spôsob zistenia hmotnosti aj osamelých bielych trpaslíkov. Spočíva v tom, že svetlo zo vzdialenej hviezdy sa jemne odchýli od svojej trajektórie v dôsledku zakrivenia priestoru v okolí bieleho trpaslíka v popredí. Keď prechádza biely trpaslík popred hviezdu, mikrošošovkovanie spôsobí, že hviezda sa nám bude premietať čiastočne mimo svojej pôvodnej polohy na oblohe.
Pomoc od Gaie
Kailash Sahu zo Space Telescope Science Institute v Baltimore využil mikrošošovkovanie už v roku 2017 na zistenie hmotnosti bieleho trpaslíka Stein 2051 B. Tento objekt sa však nachádza v dvojhviezdnom systéme. Peter McGill z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz tentoraz použil Hubblov vesmírny teleskop na presné zmeranie ohybu svetla zo vzdialenej hviezdy v okolí bieleho trpaslíka LAWD 37. Skolabovaný zvyšok hviezdy starý asi jednu miliardu rokov je od nás vzdialený iba 15 svetelných rokov. Keďže je tento biely trpaslík tak blízko k nám, získali sme o ňom množstvo údajov – napríklad informácie o jeho spektre –, ale chýbajúcim kúskom skladačky bolo zistenie jeho hmotnosti, povedal P. McGill. Jeho tím zacielil na tento objekt vďaka astrometrickej družici ESA s názvom Gaia, ktorá vykonala veľmi presné merania takmer 2 miliárd polôh hviezd.
Údaje družice Gaia sa dajú použiť na sledovanie pohybu hviezd na oblohe. Vďaka nim astronómovia predpovedali, že LAWD 37 by mal prejsť popred hviezdu v novembri 2019. Keďže svetlo hviezdy bolo veľmi slabé, hlavnou výzvou bolo vytiahnutie jej obrazu zo žiary bieleho trpaslíka, ktorý je asi 400-krát jasnejší. Len Hubblov vesmírny ďalekohľad dokáže urobiť tento druh vysoko kontrastných pozorovaní vo viditeľnom svetle. Presnosť merania hmotnosti LAWD 37 nám umožnila testovať vzťah hmotnosť – polomer pri bielych trpaslíkoch. To znamená, že môžeme testovať teóriu degenerovanej hmoty, plynu tak stlačeného gravitáciou, že sa správa ako pevná hmota v extrémnych podmienkach vnútri tejto mŕtvej hviezdy, vysvetľuje P. McGill.
Einstein by sa divil
Podobné javy možno pozorovať aj pomocou Vesmírneho teleskopu Jamesa Webba. Keďže Webbov teleskop pracuje v infračervenej oblasti spektra, modrá žiara bieleho trpaslíka v popredí sa v infračervenej oblasti javí slabšia a, naopak, jas hviezdy v pozadí bude vyšší. Podľa predpovedí zo satelitu Gaia pozorujú teraz vedci ďalšieho bieleho trpaslíka, LAWD 66. Gaia skutočne zmenila hru – je vzrušujúce, že sme schopní použiť údaje z Gaie na predpovedanie takýchto javov a potom ich pozorovať, hovorí P. McGill.
V roku 1915 Albert Einstein predpovedal, že ak hmotný kompaktný objekt prechádza popred hviezdu, jej svetlo by sa malo v blízkosti tohto objektu ohnúť v dôsledku zakrivenia priestoru jeho gravitačným poľom. V roku 1919 vedci počas zatmenia Slnka po prvý raz pozorovali ohyb svetla hviezd v gravitačnom poli Slnka a experimentálne overili teóriu relativity. Sám A. Einstein sa domnieval, že tento efekt sa nebude dať pozorovať v prípade hviezd mimo našej Slnečnej sústavy, a to pre malé hodnoty ohybu svetla. Nami nameraný ohyb svetla je 625-krát menší než efekt zmeraný pri zatmení Slnka v roku 1919, tvrdí P. McGill.
RNDr. Zdeněk Komárek
