天文學(xué)家使用一種稱為引力微透鏡的效應(yīng)直接測(cè)量死星的質(zhì)量，這種效應(yīng)首先由阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在他的廣義相對(duì)論中預(yù)測(cè)，并在100年前由兩位劍橋天文學(xué)家首次觀察到。

由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星的光線如何彎曲一顆名為L(zhǎng)AWD 37的白矮星，導(dǎo)致遙遠(yuǎn)的恒星暫時(shí)改變其在天空中的視位置。

這是第一次在太陽(yáng)以外的單一孤立恒星上檢測(cè)到這種效應(yīng)，也是第一次直接測(cè)量這種恒星的質(zhì)量。結(jié)果在皇家天文學(xué)會(huì)的月刊中報(bào)告。

LAWD 37是一顆白矮星，是像我們這樣的恒星死亡的結(jié)果。當(dāng)一顆恒星死亡時(shí)，它會(huì)停止燃燒燃料并排出其外部物質(zhì)，只留下一個(gè)熾熱、致密的核心。在這些條件下，我們所知道的物質(zhì)的行為非常不同，并變成一種叫做電子簡(jiǎn)并物質(zhì)的東西。

“白矮星為我們提供了恒星如何演化的線索 - 有一天我們自己的恒星最終會(huì)變成白矮星，”主要作者Peter McGill博士說(shuō)，他在劍橋天文學(xué)研究所完成博士學(xué)位時(shí)進(jìn)行了這項(xiàng)研究。麥吉爾現(xiàn)在在加州大學(xué)圣克魯斯分校工作。

LAWD 37已經(jīng)被廣泛研究，因?yàn)樗x我們相對(duì)較近。這顆白矮星距離我們15光年，位于馬斯卡星座，是一顆大約1.15億年前死亡的恒星的遺跡。

“因?yàn)檫@顆白矮星離我們相對(duì)較近，我們有很多關(guān)于它的數(shù)據(jù) - 我們有關(guān)于它的光譜的信息，但拼圖的缺失部分是測(cè)量它的質(zhì)量，”麥吉爾說(shuō)。

質(zhì)量是恒星演化過(guò)程中最重要的因素之一。對(duì)于大多數(shù)恒星物體，天文學(xué)家間接推斷質(zhì)量，依賴于強(qiáng)大的，通常未經(jīng)測(cè)試的建模假設(shè)。在極少數(shù)可以直接推斷質(zhì)量的情況下，物體必須有一個(gè)伴星，例如雙星系統(tǒng)。但是對(duì)于單個(gè)物體，例如LAWD 37，需要其他方法來(lái)確定質(zhì)量。

麥吉爾和他的國(guó)際同事團(tuán)隊(duì)能夠使用一對(duì)望遠(yuǎn)鏡 - 歐洲航天局的蓋亞望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡 - 通過(guò)預(yù)測(cè)然后觀察愛(ài)因斯坦首先預(yù)測(cè)的天體測(cè)量效應(yīng)，獲得LAWD 37的首次準(zhǔn)確質(zhì)量測(cè)量。

在他的廣義相對(duì)論中，愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)，當(dāng)一個(gè)大質(zhì)量致密物體經(jīng)過(guò)一顆遙遠(yuǎn)的恒星前方時(shí)，來(lái)自恒星的光會(huì)因其引力場(chǎng)而圍繞前景物體彎曲。這種效應(yīng)被稱為引力微透鏡。1919年，兩位英國(guó)天文學(xué)家——劍橋大學(xué)的亞瑟·愛(ài)丁頓和皇家格林威治天文臺(tái)的弗蘭克·戴森——在日食期間首次發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng)，這是廣義相對(duì)論的首次流行證實(shí)。然而，愛(ài)因斯坦悲觀地認(rèn)為，太陽(yáng)系外的恒星會(huì)檢測(cè)到這種效應(yīng)。

2017年，天文學(xué)家在雙星系統(tǒng)中的另一顆附近白矮星Stein 2051 b上發(fā)現(xiàn)了這種引力微透鏡效應(yīng)，這標(biāo)志著太陽(yáng)以外的恒星首次檢測(cè)到這種效應(yīng)?，F(xiàn)在，劍橋領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)檢測(cè)到LAWD 37的影響，首次對(duì)單個(gè)白矮星進(jìn)行了直接質(zhì)量測(cè)量。

使用歐空局的蓋亞衛(wèi)星，該衛(wèi)星正在創(chuàng)建最準(zhǔn)確，最完整的銀河系多維地圖，天文學(xué)家能夠預(yù)測(cè)LAWD 37的運(yùn)動(dòng)，并確定它將足夠靠近背景恒星的點(diǎn)以檢測(cè)透鏡信號(hào)。

利用蓋亞數(shù)據(jù)，天文學(xué)家能夠在正確的時(shí)間將哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向正確的位置，以觀察這一現(xiàn)象，該現(xiàn)象發(fā)生在著名的愛(ài)丁頓/戴森實(shí)驗(yàn) 2019 年后的 100 年 <> 月。

由于來(lái)自背景恒星的光線非常微弱，天文學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)是從噪聲中提取透鏡信號(hào)。“這些事件很少見(jiàn)，影響很小，”麥吉爾說(shuō)。“例如，我們測(cè)量的效應(yīng)的大小就像從地球上測(cè)量月球上的汽車長(zhǎng)度一樣，比625年日食測(cè)量的效應(yīng)小1919倍。

一旦他們提取了透鏡信號(hào)，研究人員就能夠測(cè)量背景源的天體測(cè)量偏轉(zhuǎn)的大小，該偏轉(zhuǎn)與白矮星的質(zhì)量成比例，并獲得LAWD 37的引力質(zhì)量，即我們太陽(yáng)質(zhì)量的56%。這與早期對(duì)LAWD 37質(zhì)量的理論預(yù)測(cè)一致，并證實(shí)了目前關(guān)于白矮星如何演化的理論。

“LAWD 37質(zhì)量測(cè)量的精度使我們能夠測(cè)試白矮星的質(zhì)量 - 半徑關(guān)系，”McGill說(shuō)。“這意味著在這顆死星內(nèi)部的極端條件下測(cè)試物質(zhì)的性質(zhì)。

研究人員表示，他們的研究結(jié)果為蓋亞數(shù)據(jù)的未來(lái)事件預(yù)測(cè)打開(kāi)了大門，蓋亞數(shù)據(jù)可以通過(guò)哈勃的繼任者JWST等天文臺(tái)進(jìn)行探測(cè)。

“蓋亞真的改變了游戲規(guī)則 - 能夠使用蓋亞數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)事件何時(shí)發(fā)生，然后觀察它們發(fā)生，這令人興奮，”麥吉爾說(shuō)。“我們希望繼續(xù)測(cè)量引力微透鏡效應(yīng)，并獲得更多類型恒星的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果。