ASTRÓNOMOS DO HUBBLE DETERMINAM MASSA DE ANÃ BRANCA RECORRENDO À RELATIVIDADE GERAL
13 de junho de 2017
Nesta coleção de imagens obtidas pelo Hubble, a anã branca Stein 2051B passa pela estrela mais pequena. Mas Stein 2051B está a 17 anos-luz de distância da Terra; a estrela de fundo a 5000 anos-luz.
Crédito: NASA, ESA e K. Sahu (STScI)
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Os astrónomos usaram a visão nítida do Telescópio Espacial Hubble da NASA para repetir um teste centenário da teoria geral da relatividade de Einstein. A equipa do Hubble mediu a massa de uma anã branca, o remanescente queimado de uma estrela normal, vendo quanto desvia a luz de uma estrela de fundo.
Esta observação assinala a primeira vez que o Hubble testemunhou este tipo de efeito produzido por uma estrela. Os dados fornecem uma estimativa sólida da massa da anã branca e informações sobre as teorias da estrutura e composição da estrela moribunda.
Proposta pela primeira vez em 1915, a teoria geral da relatividade de Einstein descreve como os objetos massivos distorcem o espaço, que nós sentimos como gravidade. A teoria foi verificada experimentalmente quatro anos mais tarde quando uma equipa liderada pelo astrónomo britânico Sir Arthur Eddington mediu quanto a gravidade do Sol distorcia a imagem de uma estrela de fundo à medida que a sua luz roçava a nossa estrela durante um eclipse solar, um efeito chamado microlente gravitacional.
Os astrónomos podem usar este efeito para ver imagens ampliadas de galáxias distantes ou, mais de perto, para medir minúsculas mudanças na posição aparente de uma estrela no céu. Os investigadores, no entanto, tiveram de esperar um século para construir telescópios poderosos o suficiente detetar este fenómeno de deformação gravitacional provocada por uma estrela fora do nosso Sistema Solar. A quantidade de deformação é tão pequena que apenas o poderoso Hubble foi capaz de a medir.
O Hubble observou a vizinha anã branca Stein 2051B quando passava em frente de uma estrela de fundo. Durante o alinhamento próximo, a gravidade da anã branca deformou o trajeto da luz da estrela distante, fazendo com que se desviasse cerca de 2 milissegundos de arco da sua posição atual. Este desvio é tão minúsculo que é o equivalente a observar uma formiga a andar por cima de uma moeda a cerca de 2400 km de distância.
Usando a medição do desvio, os astrónomos do Hubble calcularam que a massa da anã branca é equivalente a aproximadamente 68% da massa do Sol. Este resultado está de acordo com as previsões teóricas.
A técnica abre uma janela de um novo método para determinar a massa de uma estrela. Normalmente, caso uma estrela tenha uma companheira, os astrónomos podem determinar a sua massa medindo o movimento orbital do sistema duplo. Embora Stein 2051B tenha uma companheira, uma brilhante anã vermelha, os astrónomos não podem medir a sua massa porque as estrelas estão demasiado distantes uma da outra. As estrelas estão separadas, pelo menos, por 8 mil milhões de quilómetros - praticamente o dobro da distância entre Plutão e o Sol.
"Este método de microlente é uma maneira muito independente e direta de determinar a massa de uma estrela," explicou Kailash Sahu do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. "É como colocar a estrela numa balança: a deformação é análoga ao movimento da agulha na balança."
A análise do Hubble também ajudou os astrónomos a verificar, de forma independente, a teoria de que o raio de uma anã branca é determinado pela sua massa, uma ideia proposta em 1935 pelo astrónomo indiano-americano Subrahmanyan Chandrasekhar. "A nossa medição é uma boa confirmação da teoria e até nos divulga a composição interna de uma anã branca," comenta o membro da equipa Howard Bond, da Universidade Estatal da Pensilvânia em University Park.
A equipa de Sahu identificou Stein 2051B e a sua estrela de fundo depois de vasculharem dados de mais de 5000 alvos num catálogo de estrelas próximas que parecem mover-se rapidamente pelo céu. Estrelas com um movimento aparente mais alto têm mais hipóteses de passar em frente de uma distante estrela de fundo, onde o desvio da luz pode ser medido.
Depois de identificarem Stein 2051B e mapearem o campo estelar de fundo, os cientistas usaram o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble para observar a anã branca sete vezes ao longo de um período de dois anos, enquanto passava pela estrela de fundo escolhida.
As observações do Hubble foram complexas e demoradas. A equipa de investigação teve que analisar a velocidade e a direção do movimento da anã branca a fim de prever quando alcançaria a posição em que desviaria a luz estelar, para que os astrónomos pudessem aí observar o fenómeno com o Hubble.
Os astrónomos também tiveram que medir a minúscula quantidade de luz estelar desviada. "Stein 2051B aparece 400 vezes mais brilhante do que a distante estrela de fundo," comenta o membro da equipa Jay Anderson, do STScI, que liderou a análise para medir com precisão as posições das estrelas nas imagens do Hubble. "Assim que a medição de um desvio extremamente pequeno é como tentar ver um pirilampo a mover-se perto de uma lâmpada acesa. O movimento do inseto é muito pequeno, e o brilho da luz torna difícil a observação desse movimento. De facto, o ligeiro desvio é cerca de 1000 vezes mais pequeno do que a medição feita por Eddington na sua experiência de 1919."
Stein 2051B tem o nome do seu descobridor, o astrónomo e padre católico holandês Johan Stein. Encontra-se a 17 anos-luz da Terra e tem uma idade estimada em cerca de 2,7 mil milhões de anos. A estrela de fundo está a mais ou menos 5000 anos-luz de distância.
Os investigadores planeiam usar o Hubble para levar a cabo um estudo similar do efeito de microlente com Proxima Centauri, a mais próxima vizinha estelar do nosso Sistema Solar.
Os resultados da equipa foram publicados dia 9 de junho na revista Science.
Esta ilustração revela como a gravidade de uma anã branca deforma o espaço e desvia a luz de uma distante estrela por trás. O Telescópio Espacial Hubble captou imagens da estrela moribunda, chamada Stein 2051B, enquanto passava em frente de uma estrela de fundo. Durante o alinhamento íntimo, Stein 2051B desviou a luz estelar, da sua posição real, por aproximadamente 2 milissegundos de arco.
Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
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