Hviezda položená na váhy

Astronómovia použili Hubblov kozmický ďalekohľad (HST) na zopakovanie testu Einsteinovej všeobecnej teórie relativity. Zmerali hmotnosť bieleho trpaslíka, keď pozorovali, ako jeho gravitačné pole ohýba svetlo vzdialenej hviezdy v pozadí.

Namerané údaje priniesli solídne určenie hmotnosti bieleho trpaslíka a umožnili nahliadnuť do štruktúry a zloženia vyhorenej hviezdy v záverečnom štádiu jej vývoja. Einsteinova všeobecná teória relativity v roku 1915 opísala, ako hmotné objekty zakrivujú priestor, čo my pociťujeme ako gravitáciu. Teóriu experimentálne overili o štyri roky neskôr, keď tím vedený britským astronómom sirom Arthurom Eddingtonom zmeral, ako gravitácia Slnka ohýba obraz hviezdy v pozadí, keď svetlo prechádza v blízkosti Slnka pri jeho úplnom zatmení. Tento jav sa nazýva gravitačné mikrošošovkovanie (angl. gravitational microlensing).

Ostré oko Hubblovho ďalekohľadu

Vedci museli čakať celé storočie na dostatočne výkonné ďalekohľady, ktoré sú schopné zachytiť jav zakrivenia lúča svetla vplyvom gravitačného poľa hviezdy mimo Slnečnej sústavy. Ohyb svetla je taký nepatrný, že ho zatiaľ dokáže odhaliť len ostré oko Hubblovho kozmického ďalekohľadu. HST pozoroval blízku hviezdu – bieleho trpaslíka – označenú Stein 2051 B, ako prechádza popred hviezdu v pozadí. Počas tesného zoradenia na oblohe biely trpaslík svojou gravitáciou ohol svetlo vzdialenej hviezdy, čím sa táto hviezda zdanlivo ocitla asi dve oblúkové milisekundy (t. j. 0,002 oblúkovej sekundy) od svojej skutočnej polohy. Táto odchýlka je taká malá, že je ekvivalentná pozorovaniu mravca lezúceho po povrchu papiera zo vzdialenosti 2400 km. Využitím tohto merania ohybu svetla astronómovia vypočítali, že hmotnosť bieleho trpaslíka je približne 0,68 hmotnosti nášho Slnka. Výsledok súhlasí veľmi dobre s teoretickými predpoveďami. Táto metóda otvára nové možnosti určovania hmotností hviezd.

Ohyb svetla ako ručička na váhach

Metóda mikrošošovkovania je celkom nezávislá a priama cesta k určeniu hmotnosti hviezdy, vysvetľuje Kailash Sahu zo Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimore (Maryland, USA). Je to niečo podobné, ako keby ste položili hviezdu na váhy – ohyb svetla je analogický pohybu ručičky na váhach. Pozorovanie pomocou HST taktiež pomohlo astronómom nezávisle overiť teóriu o tom, ako závisí polomer bielych trpaslíkov od ich hmotnosti. Prvý raz bola táto myšlienka navrhnutá v roku 1935 indicko-americkým astrofyzikom a laureátom Nobelovej ceny Subrahmanyanom Chandrasekharom. Naše merania sú krásnym potvrdením teórie o bielych trpaslíkoch, a dokonca nám pomáhajú nahliadnuť aj do vnútornej štruktúry týchto hustých starých hviezd, povedal člen tímu Howard Bond z Pennsylvánskej štátnej univerzity. Pozorovania pomocou HST boli veľkou výzvou a boli aj časovo náročné. Vedci museli analyzovať rýchlosť a smer pohybu bieleho trpaslíka, aby bolo možné predpovedať, kedy sa dostane do polohy, v ktorej bude ohýbať svetlo na pozadí vybraných hviezd tak, aby astronómovia mohli pomocou HST tento jav pozorovať.

Problémy merania

Astronómovia riešili aj problém merania veľmi malého množstva ohnutého svetla. Hviezda Stein 2051 B je totiž 400-krát jasnejšia než hviezda v pozadí. Meranie takýchto extrémne malých ohybov svetla pri slabých zdrojoch je niečo podobné ako pokúsiť sa uvidieť svätojánsku mušku pohybujúcu sa v blízkosti jasne svietiacej žiarovky, konštatoval ďalší člen tímu Jay Anderson zo STScI. Zmena polohy hviezdy v pozadí vyvolaná gravitačným pôsobením bieleho trpaslíka bola v tomto prípade asi 1 000-krát menšia než počas pozorovania ohybu svetla vzdialenej hviezdy v gravitačnom poli Slnka Arthurom Eddingtonom v roku 1919. Biely trpaslík Stein 2051 B je od nás vzdialený 17 svetelných rokov a jeho vek sa odhaduje na 2,7 miliardy rokov. Hviezda v pozadí je vzdialená asi 5 000 svetelných rokov. Vedci plánujú použiť HST na ďalšie podobné mikrošošovkovacie pozorovania s hviezdou Proxima Centauri, najbližšou hviezdou k Slnečnej sústave.

RNDr. Zdeněk Komárek
Ilustrácia http://hubblesite.org/
Meranie hmotnosti bieleho trpaslíka

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 9/2017.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre