哈勃首次直接测量一颗孤立白矮星的质量

天文学家使用宇航局的 哈勃太空望远镜 首次直接测量了单个孤立白矮星的质量——白矮星是一颗烧毁的类太阳恒星的幸存核心。

研究人员发现，这颗白矮星的质量是太阳质量的 56%。这与早期对白矮星质量的理论预测一致，并证实了当前关于白矮星如何作为典型恒星演化的最终产物演化的理论。这一独特的观察让我们对白矮星的结构和组成理论有了深入的了解。

到目前为止，以前的白矮星质量测量是通过观察双星系统中的白矮星收集到的。通过观察两颗共轨恒星的运动，可以使用简单的牛顿物理学来测量它们的质量。然而，如果白矮星的伴星处于数百年或数千年的长周期轨道上，这些测量结果可能是不确定的。轨道运动只能通过望远镜测量矮星轨道运动的一小部分。

对于这颗没有伴星的白矮星，研究人员不得不使用一种叫做引力微透镜的自然技巧。背景恒星发出的光由于前景矮星引起的空间引力扭曲而略微偏转。当白矮星从背景恒星前方经过时，微透镜导致恒星暂时偏离其在天空中的实际位置。

结果 报告 在 皇家天文学会月刊上。主要作者是 Peter McGill，前剑桥大学(现位于加州大学圣克鲁兹分校)。

麦吉尔使用哈勃望远镜精确测量了一颗遥远恒星发出的光线如何围绕白矮星弯曲，即 LAWD 37，从而导致背景恒星暂时改变其在天空中的明显位置。

马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 Kailash Sahu 是这项最新观测的 首席哈勃望远镜研究员，他于 2017 年首次使用微透镜测量另一颗白矮星 Stein 2051 B 的质量。但是那个矮人处于一个广泛分离的双星系统中。“我们最新的观察提供了一个新的基准，因为 LAWD 37 完全独立，”Sahu 说。

LAWD 37 是一颗 10 亿年前燃烧殆尽的恒星的坍塌残骸，因为它位于苍蝇座，距离地球仅 15 光年，因此受到了广泛研究。“因为这颗白矮星离我们比较近，所以我们有很多关于它的数据——我们有关于它的光谱的信息，但谜题的缺失部分是对其质量的测量，”麦吉尔说.

得益于 ESA 的盖亚太空天文台，该团队将注意力集中在白矮星上，该天文台对近 20 亿颗恒星的位置进行了极其精确的测量。多个盖亚观测可用于追踪恒星的运动。根据这些数据，天文学家能够预测 LAWD 37 将在 2019 年 11 月短暂地经过背景恒星前。

一旦知道这一点，哈勃望远镜就被用来在几年内精确测量白矮星经过期间背景恒星在天空中的表观位置是如何暂时偏转的。

“这些事件很少见，影响也很小，”麦吉尔说。“例如，我们测量的偏移量大小就像测量从地球上看月球上汽车的长度。”

由于背景恒星发出的光非常微弱，天文学家面临的主要挑战是从白矮星的强光中提取它的图像，白矮星比背景恒星亮 400 倍。只有哈勃望远镜才能在可见光下进行此类高对比度观测。

“LAWD 37 的质量测量精度使我们能够测试白矮星的质量-半径关系，”麦吉尔说。“这意味着在这颗死星内部的极端条件下测试简并物质理论(一种在重力下被超级压缩的气体，它的行为更像固体物质)，”他补充说。

研究人员表示，他们的结果为利用盖亚数据预测未来事件打开了大门。除了哈勃望远镜，现在还可以使用宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜检测到这些排列。因为韦伯在红外波长下工作，前景白矮星的蓝色辉光在红外光下看起来更暗，而背景恒星看起来更亮。

基于盖亚的预测能力，萨胡正在用宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜观测另一颗白矮星 LAWD 66。第一次观测是在 2022 年进行的。更多的观测将被视为 2024 年的偏转峰值，然后消退。

“盖亚确实改变了游戏规则——能够使用盖亚数据预测事件何时发生，然后观察它们的发生，真是令人兴奋，”麦吉尔说。“我们希望继续测量引力微透镜效应，并获得更多类型恒星的质量测量值。”

在他 1915 年的广义相对论中，爱因斯坦预测，当一个巨大的致密天体从背景恒星前经过时，由于引力场引起的空间扭曲，来自恒星的光会绕前景物体弯曲。

1919 年，在哈勃最新观测的整整一个世纪前，两次英国组织的南半球探险队在 5 月 19 日的日食期间首次发现了这种透镜效应。它被誉为广义相对论的第一个实验证据——​​引力使空间扭曲。然而，爱因斯坦持悲观态度，认为由于涉及到精确性，这种效应永远无法检测到太阳系外的恒星。“我们的测量结果比 1919 年日食时测量到的影响小 625 倍，”麦吉尔说。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 进行哈勃科学操作。STScI 由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为 NASA 运营