科学家首次使用引力微透镜直接测量白矮星质量-浩瀚科普

科学家首次使用引力微透镜直接测量白矮星质量

2023年2月7日上午10:30 • 天文 • 755 views

以往白矮星质量的测量是通过观察双星系统中白矮星与其伴星的轨道运动，用牛顿物理学来测量质量。但若白矮星的伴星处于数百年或数千年的长周期轨道上，望远镜仅能测得其轨道运动的一小部分，将使得测量的结果有所误差。

此次英国剑桥大学研究团队使用哈勃太空望远镜首次直接测量了一颗孤立白矮星的质量，利用引力微透镜看到了来自背景恒星发出的光，因前景白矮星的引力扭曲而略微偏转，导致恒星看起来暂时偏离了它在天空中的实际位置。研究人员发现这颗白矮星的质量是太阳质量的56%，这与早期对其质量的理论预测一致，并证实了目前关于白矮星如何作为恒星演化最终状态的理论，此观测结果将让我们对白矮星的结构和组成理论有深入的了解。

显示前景白矮星的引力如何扭曲空间并弯曲来自其后方遥远恒星的光线。图片来源：NASA、ESA、A. Feild

这颗白矮星名为LAWD 37，位于苍蝇座，是一颗10亿年前燃烧殆尽的恒星坍塌残骸，因其距离地球仅15光年，离我们比较近因此被广泛研究，我们有很多关于它的数据和光谱信息，但缺少的部分正是它的质量测量。而研究团队之所以能够锁定这颗白矮星，归功于ESA的盖亚任务，该任务对近20亿颗恒星的位置进行了极其精确的测量。根据多次盖亚观测追踪此恒星的运动，使得天文学家得以预测LAWD 37在2019年11月将短暂地从一颗背景恒星前经过。一旦知道这点，哈勃太空望远镜便可在这几年内精确测量当白矮星经过的这段期间，背景恒星在天空中的位置是如何暂时偏转的。而这个偏移量相当的小，其大小就如同我们从地球看月球上汽车的长度般。

由于背景恒星发出的光非常微弱，而白矮星比背景恒星亮400倍，只有哈勃太空望远镜才能在可见光下进行这种高对比度的观测。但实际上要进行这些测量仍然非常困难，白矮星的强光会导致不可预测方向的条纹，这表示必须非常仔细地分析哈勃的每一个观测结果及其局限性。研究人员表示LAWD 37质量测量的精确度使我们能够测试白矮星的质量-半径关系，而这意味着能在这颗死星内部的极端条件下测试简并物质（一种在引力作用下超级压缩的气体，但它的行为更像固体物质）理论。接下来还可以使用韦伯望远镜来检测，在韦伯红外波长下前景白矮星的蓝色光芒看起来将更黯淡，而背景恒星看起来则更明亮。