Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA hanno misurato direttamente per la prima volta la massa di una singola stella nana bianca solitaria, ossia il nucleo sopravvissuto di una stella bruciata simile al sole.
I ricercatori hanno scoperto che la nana bianca è il 56% della massa del nostro Sole. Ciò concorda con le precedenti previsioni teoriche sulla sua massa e corrobora le attuali teorie su come le nane bianche si evolvono come prodotto finale dell’evoluzione di una tipica stella. L’osservazione unica fornisce approfondimenti sulle teorie della struttura e della composizione delle nane bianche.
Fino ad ora, le precedenti misurazioni della massa delle nane bianche sono state raccolte dalla loro osservazione nei sistemi stellari binari. Osservando il moto di due stelle co-orbitanti, la semplice fisica newtoniana può essere utilizzata per misurare le loro masse. Tuttavia, queste misurazioni possono essere incerte se la stella compagna della nana si trova in un’orbita di lungo periodo di centinaia o migliaia di anni. Il moto orbitale può essere misurato dai telescopi solo su una breve fetta del moto orbitale della nana.
Per questa nana bianca senza compagna, i ricercatori hanno dovuto impiegare un trucco della natura, chiamato microlensing gravitazionale. La luce di una stella sullo sfondo è stata leggermente deviata dalla deformazione gravitazionale dello spazio dalla stella nana in primo piano. Quando la nana bianca è passata davanti alla stella sullo sfondo, il microlensing ha fatto apparire la stella temporaneamente sfalsata rispetto alla sua posizione effettiva nel cielo.
I risultati sono riportati sulla rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society. L’autore principale è Peter McGill, precedentemente dell’Università di Cambridge nel Regno Unito e ora presso l’Università della California, Santa Cruz.
McGill ha utilizzato Hubble per misurare con precisione il modo in cui la luce di una stella lontana si piegava attorno alla nana bianca, nota come LAWD 37, facendo cambiare temporaneamente la posizione apparente della stella sullo sfondo nel cielo.
Kailash Sahu dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland (USA), principale investigatore di Hubble su quest’ultima osservazione, ha utilizzato per la prima volta il microlensing nel 2017 per misurare la massa di un’altra nana bianca, Stein 2051 B. Ma quella nana si trova in un sistema binario ampiamente separato. “La nostra ultima osservazione fornisce un nuovo punto di riferimento perché LAWD 37 è tutta sola”, ha detto Sahu.
LAWD 37, che rappresenta i resti crollati di una stella bruciata 1 miliardo di anni fa, è stata ampiamente studiata perché si trova a soli 15 anni luce di distanza nella costellazione Mosca. “Poiché questa nana bianca è relativamente vicina a noi, abbiamo molti dati su di essa – abbiamo informazioni sul suo spettro di luce, ma il pezzo mancante del puzzle era una misura della sua massa”, ha detto McGill.
Il team si è concentrato sulla nana bianca grazie alla missione Gaia dell’ESA, che effettua misurazioni straordinariamente precise di quasi due miliardi di posizioni stellari. Molteplici osservazioni di Gaia possono essere utilizzate per tracciare il movimento di una stella. Sulla base di questi dati, gli astronomi sono stati in grado di prevedere che LAWD 37 sarebbe passata brevemente davanti a una stella sullo sfondo nel novembre 2019. Una volta saputo questo, Hubble è stato utilizzato per misurare con precisione per diversi anni in che modo la posizione apparente della stella sullo sfondo nel cielo è stata temporaneamente deviata durante il passaggio della nana bianca. “Questi eventi sono rari e gli effetti sono minuscoli“, ha detto McGill. “Ad esempio, la dimensione del nostro offset misurato è come misurare la lunghezza di un’auto sulla Luna vista dalla Terra“.
Poiché la luce della stella sullo sfondo era così debole, la sfida principale per gli astronomi era estrarre la sua immagine dal bagliore della nana bianca, che è 400 volte più luminosa della stella sullo sfondo. Solo Hubble può effettuare questo tipo di osservazioni ad alto contrasto nella luce visibile. “Anche dopo aver identificato un evento del genere, uno su un milione, è ancora estremamente difficile effettuare queste misurazioni”, ha affermato Leigh Smith dell’Università di Cambridge. “Il bagliore della nana bianca può causare strisce in direzioni imprevedibili, il che significa che abbiamo dovuto analizzare con estrema attenzione ciascuna delle osservazioni di Hubble e i loro limiti, per modellare l’evento e stimare la massa di LAWD 37“.
“La precisione della misurazione della massa di LAWD 37 ci consente di testare la relazione massa-raggio per le nane bianche“, ha affermato McGill. “Questo significa testare la teoria della materia degenere (un gas così super compresso sotto gravità che si comporta più come materia solida) nelle condizioni estreme all’interno di questa stella morta”, ha aggiunto.
I ricercatori affermano che i loro risultati aprono la porta a previsioni di eventi futuri con i dati di Gaia. Oltre a Hubble, questi allineamenti possono ora essere rilevati con il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA. Poiché Webb lavora a lunghezze d’onda infrarosse, il bagliore blu di una nana bianca in primo piano appare più debole alla luce infrarossa e la stella sullo sfondo appare più luminosa. Sulla base dei poteri predittivi di Gaia, Sahu sta osservando un’altra nana bianca, LAWD 66, con Webb. La prima osservazione è stata fatta nel 2022.
“Gaia ha davvero cambiato il gioco: è entusiasmante poter utilizzare i dati di Gaia per prevedere quando accadranno gli eventi e quindi osservarli accadere“, ha affermato McGill. “Vogliamo continuare a misurare l’effetto di microlensing gravitazionale e ottenere misurazioni di massa per molti altri tipi di stelle“.
