Medida directa de la masa de Enanas Blancas mediante Microlente Gravitacional

[AlbertR]

Hasta hace muy poco no se había podido medir nunca la masa de una estrella aislada. Solo se habían medido con cierta precisión las masas de estrellas en sistemas dobles observando su movimiento relativo y aplicando las Leyes de Kepler. Para estrellas aisladas, su masa se estima ubicándola en la zona del diagrama de Hertzsprung-Russell que le corresponde cuando analizamos su espectro.

En 1919 Arthur Eddington realizó su famosa observación durante un eclipse solar, de cómo la luz de las estrellas se desvía al pasar cerca del Sol en el ángulo predicho por la Teoría General de la Relatividad (RG), de Albert Einstein. Fue la 2ª gran confirmación experimental de la RG tras el cálculo preciso del desplazamiento del perihelio de Mercurio.

Pues bien, casi 100 años después, en 2017, la gran potencia de resolución angular del Telescopio Espacial Hubble consiguió repetir el experimento midiendo con precisión cómo se desviaba la luz procedente de una estrella situada a 5000 años luz al pasar cerca de la enana blanca Stein 2051 B, situada en Camelopardalis a 17 años luz de nosotros y que es la 6ª enana blanca más cercana.

Durante los 2 años de duración del experimento, la posición de la estrella lejana fue medida con extrema precisión 8 veces, en su trayectoria aparente de paso por detrás de Stein 2051 B, (en realidad es Stein 2051 B la que pasa por delante). A partir de la trayectoria aparente, aplicando la RG fue sido posible calcular (por primera vez en la historia de forma directa) que la masa de la enana blanca es de 0.675 +/- 0.051 masas solares.

 

Lo más importante: este trabajo constituyó un precedente que establece que es posible medir masas estelares aisladas mediante el efecto de microlente gravitatoria: seguramente a partir de ahí se espera que se midan más masas individuales de estrellas, que contribuirá a mejorar nuestro conocimiento de la física y de la evolución estelar.

 

 

 

• El documento científico: Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star
• El anuncio en la web del Hubble: Hubble Astronomers Develop a New Use for a Century-Old Relativity Experiment to Measure a White Dwarf’s Mass
• Y la noticia en castellano: Un sueño de Einstein se hace realidad: pesar una estrella con la gravedad

Pues bien, la noticia reciente es que un equipo internacional dirigido por Peter McGill de la Universidad de Cambridge, en el que participan astrónomos que realizaron la medida de la masa de Stein 2051B, han vuelto a utilizar datos de dos telescopios para medir de nuevo cómo la luz de una estrella distante se doblaba alrededor de una enana blanca conocida como LAWD 37, lo que provocaba que la estrella distante cambiara temporalmente su posición aparente en el cielo.

LAWD 37 ha sido ampliamente estudiada, ya que está relativamente cerca de nosotros. Esta enana blanca se encuentra a 15 años luz de distancia en la constelación de Musca, de magnitud aparente +11.5 es la 4ª enana blanca más cercana a la Tierra, tras Sirius B , Procyon B y la estrella de Van Maanen. Debido a eso, tenemos muchos datos sobre ella: tenemos información sobre su espectro de luz, pero la pieza faltante del rompecabezas ha sido la medida de su masa.  

McGill y su equipo pudieron usar un par de telescopios, el telescopio Gaia de la ESA y el telescopio espacial Hubble de la NASA, para obtener una medición de masa precisa para LAWD 37 al predecir y luego observar un efecto astrométrico predicho por primera vez por Einstein: el efecto microlente gravitacional.

Usando el satélite Gaia de la ESA, los astrónomos pudieron predecir el movimiento de LAWD 37 e identificar el punto donde se alinearía lo suficientemente cerca de una estrella de fondo para detectar la señal de lente. Usando esos datos de Gaia, los astrónomos pudieron apuntar el Telescopio Espacial Hubble en el lugar correcto en el momento correcto para observar este fenómeno, que ocurrió en noviembre de 2019.

La figura muestra la trayectoria de LAWD 37 en relación con la estrella fuente, que está marcada con un círculo azul. LAWD 37 es la fuente saturada que se mueve de derecha a izquierda. Las fechas de cada época se indican en años julianos

Dado que la luz de la estrella de fondo era muy débil, el principal desafío para los astrónomos fue extraer la señal de lente del ruido. Una vez que extrajeron la señal de la lente, los investigadores pudieron medir el tamaño de la desviación astrométrica de la fuente de fondo, que se escala con la masa de la enana blanca, y obtener una masa gravitatoria para LAWD 37 que es el 0.56 +/- 0.08 de la masa de nuestro Sol. Esto está de acuerdo con las predicciones teóricas anteriores de la masa de LAWD 37 y corrobora las teorías actuales sobre cómo evolucionan las enanas blancas.

El artículo científico aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society con el título First semi-empirical test of the white dwarf mass–radius relationship using a single white dwarf via astrometric microlensing y permite descargar el pdf gratis.

Saludos.

[Richard R Richard]

Hola, @AlbertR excelente redacción  y contenido, agradecido de leerte.

Como es necesario para que el método funcione que ocurra un tránsito en el mejor de los casos o una conjunción muy  cercana angularmente, que dura muchísimo tiempo dada la baja velocidad angular de las estrellas desde nuestro punto de vista, me pregunto si estas coincidencias son o no fácilmente  previsibles, quizás por algún software ya conocido por los astrónomos o si GAIA ya las tiene marcadas dentro de algún proyecto de observación, porque parecía que la noticia en los  portales era redactada como una suerte  de observación fortuita al inicio pero que luego reiteraron varias observaciones durante 1 año calendario. He buscado en GAIA y en la ESA, pero sin éxito. Imagino que enfocar los telescopios de prestigio en reiteradas ocasiones a la misma porción del cielo debe tener al menos un plan de base.

 

Editado 2 de Marzo del 2023 por Richard R Richard

[AlbertR]

Sinceramente no sé exactamente qué se hace. Imagino que hay equipos de astrónomos con acceso a datos brutos de Gaia, de los que seleccionan los que a ellos les interesa en función de su área de estudio.

 

Seguro que hay equipos que siguen los datos de, por ejemplo, estrellas cercanas de alto movimiento propio para extrapolar su trayectoria y calcular sus posiciones en el futuro. Si prevén algún evento, conjunción,... interesante pueden solicitar para la fecha del evento tiempo de observación en otros telescopios, como por ejemplo el Hubble. Entiendo que eso es lo que seguramente han hecho los equipos científicos de los que hemos hablado en este hilo.

 

Recuerdo, como ejemplo adicional, un equipo que con datos del instrumento NACO del VLT se ha dedicado a estudiar todas las futuras conjunciones estelares de Alpha Centauri hasta 2050. En concreto han encontrado un evento muy interesante: la pareja de estrellas Alpha Centauri A-B cuya distancia aparente entre ambas vista desde la Tierra es de unos 17” de arco, en su itinerario por el cielo pasarán en Mayo de 2028 por delante de una gigante roja de magnitud aparente 7.8 a la que designan S5 en el documento publicado en Astronomy and Astrophysics de título Close stellar conjunctions of α Centauri A and B until 2050 Probablemente, pedirán o ya han pedido tiempo de observación en algún telescopio grande.

 

En concreto la que pasará casi exactamente por delante de la gigante roja es Alpha Centauri A, que en el instante de máxima aproximación aparente estará situada a tan solo 0.015+/-0.135” segundos de arco de S5. Ello producirá un efecto de lente gravitacional que convenientemente observado por los mejores telescopios de los que disponemos, permitirá estudiar con mayor precisión de la que se dispone en la actualidad los parámetros orbitales de ambas estrellas A y B, y puede aportar conocimiento muy preciso sobre posibles planetas que orbiten a ambas. El efecto lente gravitacional se prevé lo suficientemente intenso como para que incluso haya una probabilidad del 45% de que se forme un Anillo de Einstein en torno a la componente A.

 

Podéis encontrar información adicional en La web de Física

 

Saludos.

[Richard R Richard]

Que memoria!!!, ni siquiera recordaba  de haber participado de ese hilo, pero como se demuestra tengo interes genuino de entender ese tipo de temas. Gracias por contestar.

 

Exactamente a eso me refería, si se conoce que existen estudios, papers, sofware, que permita anticipar conjunciones de estrellas.