Des astronomes ont mesuré pour la première fois la masse d’une naine blanche solitaire. Ce type de reste stellaire fumant se forme à la fin de la vie des étoiles de faible masse et sera ce que le Soleil laissera derrière lui lorsqu’il mourra dans environ 5 milliards d’années.

Le télescope spatial Hubble a mesuré la masse d’une naine blanche, désignée LAWD 37, qui a brûlé il y a plus d’un milliard d’années. Dans le travail, les scientifiques ont utilisé un phénomène prédit pour la première fois en 1915 par Albert Einstein appelé « lentille gravitationnelle », qui implique la flexion de la lumière par des objets de grande masse. L’équipe a déterminé que LAWD 37 a une masse d’environ 56 % de celle du Soleil. La découverte confirme les théories actuelles sur la façon dont ces restes stellaires se forment et évoluent. Cette naine blanche particulière est bien étudiée car elle est relativement proche de la Terre, à seulement 15 millions d’années-lumière dans la constellation de Muhi.

« Parce que cette naine blanche est relativement proche de nous, nous avons beaucoup de données à son sujet – nous avons des informations sur son spectre de lumière, mais la pièce manquante du puzzle était la mesure de sa masse », a déclaré Peter McGill. Ceci est indiqué dans une déclaration d’un astronome de l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a dirigé l’étude.

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Une image de la naine blanche LAWD 37 prise par le télescope spatial Hubble. (Crédit image : NASA, ESA, P. McGill (UC Santa Cruz et Université de Cambridge), K. Sahu (STScI), J. Depasquale (STScI))

C’est la première fois que des astronomes calculent la masse d’une naine blanche solitaire, mais ils ont déjà effectué des mesures similaires pour des naines blanches en double partenariat avec d’autres étoiles.

Par paires, les astronomes peuvent obtenir une mesure de masse en appliquant la théorie de la gravité de Newton au mouvement de deux étoiles en orbite l’une autour de l’autre. Cependant, cela peut être un processus incertain, en particulier lorsque l’étoile compagnon a une longue orbite de centaines ou de milliers d’années.

Pour mesurer la masse de cette étoile unique, les chercheurs se sont tournés vers la formulation de la gravité d’Einstein, sa théorie générale de la relativité.

Comment Einstein a aidé à mesurer une étoile morte

La relativité générale suggère que les objets de masse élevée « déforment » le tissu même de l’espace-temps. Plus la masse est grande, plus la «bosse» dans l’espace qu’elle provoque est importante.

Lorsque la lumière de l’objet d’arrière-plan passe cette déformation, elle est déviée, un effet qui peut amplifier la lumière ou même faire apparaître l’objet d’arrière-plan à plusieurs endroits en même temps. Le plus souvent, cependant, la déformation provoque un décalage de la position apparente de l’objet d’arrière-plan.

La masse de l’objet de lentille provoquant l’effet peut être déterminée en mesurant la quantité de lumière déviée et donc le changement de position qu’elle provoque lorsque les astronomes regardent l’objet d’arrière-plan. Cela est vrai même si le décalage est faible, comme c’est le cas avec les microlentilles, par exemple, impliquant cette naine blanche particulière.

Dans les nouvelles observations, LAWD 37 a agi comme une lentille gravitationnelle au premier plan, déviant légèrement la lumière passant par elle depuis l’étoile d’arrière-plan et déplaçant sa position dans le ciel. Ce changement de position a permis à McGill et à son équipe de mesurer la masse de LAWD 37. Les chercheurs ont utilisé un processus similaire pour déterminer la masse d’une autre naine blanche en 2017, mais ce reste stellaire était dans un système binaire, pas dans une seule étoile morte. comme LAWD 37.

Le diagramme montre comment un objet massif, comme une naine blanche, peut déformer l’espace-temps, provoquant l’apparition d’une étoile d’arrière-plan à un endroit différent de celui où elle se trouve réellement. (Crédit image : NASA, ESA, A. Feild)

McGill et ses collègues ont pu perfectionner LAWD 37 grâce à la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, qui mesure avec précision la position de quelque 2 milliards d’étoiles. L’utilisation de plusieurs images Gaia permet aux astronomes de suivre le mouvement de l’étoile afin que l’équipe puisse prédire que LAWD 37 passera devant l’étoile d’arrière-plan en novembre 2019.

Forts de cette prédiction, les scientifiques ont utilisé Hubble pendant plusieurs années pour mesurer le changement de position apparente de l’étoile d’arrière-plan lorsque la naine blanche passait devant elle.

« Ces événements sont rares et leurs conséquences sont mineures », a déclaré McGill. « Par exemple, la taille de notre déplacement mesuré revient à mesurer la longueur d’une voiture sur la Lune vue de la Terre. »

L’équipe a également dû extraire la faible lumière des étoiles d’arrière-plan de la lumière brillante de LAWD 37, qui était environ 400 fois plus brillante. Heureusement, Hubble a assez de puissance pour faire des observations aussi contrastées en lumière visible.

« Même si vous avez identifié un tel événement sur un million, il est toujours extrêmement difficile de faire ces mesures », a déclaré Lee Smith, astronome à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni et co-auteur de l’étude. dans un rapport. « L’aurore d’une naine blanche peut provoquer des bandes dans des directions imprévisibles, ce qui signifie que nous avons dû analyser très attentivement chacune des observations de Hubble et leurs limites afin de modéliser l’événement et d’estimer la masse de LAWD 37. »

Les recherches de l’équipe sont décrites dans un article publié le 6 décembre dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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