Grafico che mostra come il microlensing sia stato utilizzato per misurare la massa di una stella nana bianca, Lawd 37. È la prima volta che gli astronomi misurano direttamente la massa di una singola stella nana bianca isolata, grazie alla risoluzione di Hubble e la precisione di Gaia. Crediti: Nasa, Esa, Peter McGill (Uc Santa Cruz, IoA), Kailash Sahu (Stsci); elaborazione immagini: Joseph DePasquale (Stsci)
Gli astronomi hanno misurato per la prima volta direttamente la massa di una nana bianca isolata, il nucleo di una stella simile al Sole, al termine della propria vita. Questa è la notizia riportata nel comunicato stampa della Nasa riguardo un recente studio pubblicato su Mnras, e che ha impiegato i dati del telescopio spaziale Hubble, oltre che della precisissima sonda Gaia.
La tecnica impiegata è quella del microlensing gravitazionale, responsabile di effetti ottici che affondano le proprie ragioni scientifiche nella relatività generale di Einstein, e la nana bianca in questione si trova a circa 15 anni luce di distanza. Si chiama Lawd 37, ha una massa pari al 56 per cento di quella del Sole, e nonostante abbia terminato qualunque processo di fusione nucleare al suo interno, ha una superficie che brilla alla temperatura di quasi centomila gradi.
La prima volta, dicevamo. Un’affermazione tanto forte quanto delicata, quando si tratta di scoperte scientifiche. E infatti non era la prima volta che la tecnica del microlensing veniva impiegata per misurare la massa di una stella simile. C’è stato un precedente: firmato proprio da uno degli autori di questo lavoro, Kailash Sahu dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, in Maryland: aveva già utilizzato la stessa tecnica, in passato, per pesare un’altra nana bianca. La differenza? In quel caso, la nana bianca in questione aveva una compagna lontana. Era il 2017 e la stella si chiamava Stein 2051 B. Sebbene fosse in un sistema binario, però, la sua compagna era talmente lontana che non era possibile ricorrere semplicemente alla fisica newtoniana per derivare le masse dal moto reciproco delle stelle. E, a dire il vero, c’era un precedente del precedente: la famosa eclissi del 1919, che dimostrò che la luce veniva deflessa dal campo gravitazionale del Sole, una prima dimostrazione fondamentale della teoria della gravità di Einstein.
Ma veniamo alla massa di Lawd 37. La stella è stata oggetto di diversi studi nel tempo, perché si trova a soli 15 anni luce da noi ed è il risultato di una stella collassata circa 1 miliardo di anni fa. Mancava solo la massa. E la quantità trovata, il 56 per cento della massa del Sole, concorda con le previsioni teoriche e avvalora le attuali teorie su come le nane bianche nascano come prodotto finale dell’evoluzione di una stella. Per pesarla, i ricercatori hanno misurato la deviazione (piccolissima) della luce di una stella di fondo causata dalla deformazione gravitazionale dello spazio da parte della stella nana in primo piano. Quando la nana bianca è passata davanti alla stella di sfondo, il microlensing ha fatto sì che la stella apparisse temporaneamente spostata rispetto alla sua posizione reale nel cielo. Per capirlo nel dettaglio, basta guardare il grafico qui sopra (cliccare per ingrandire): Lawd 37 è la stella al centro di questa immagine del telescopio spaziale Hubble. Il riquadro in basso mostra come la nana sia passata davanti a una stella di sfondo nel 2019: la linea blu ondulata traccia il movimento apparente della nana attraverso il cielo visto dalla Terra; sebbene la nana segua una traiettoria rettilinea, il moto della Terra in orbita attorno al Sole implica un apparente spostamento sinusoidale dovuto alla parallasse. Dal momento che la stella dista solo 15 anni luce, si muove a una velocità maggiore rispetto allo sfondo stellare. Passando accanto alla stella di sfondo più debole, il campo gravitazionale della nana deforma lo spazio (come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein un secolo fa) in maniera misurabile dalla deflessione della luce della stella retrostante, e in misura proporzionale alla massa della nana bianca stessa.
L’autore di questa osservazione, dicevamo, è Hubble, ma a creare le condizioni perché avvenisse con successo è stata la sonda Gaia, impareggiabile quanto a precisione nella misura della posizione e dei moti delle stelle. Aveva previsto, in questo caso, che Lawd 37 sarebbe passata brevemente davanti a una stella di fondo nel novembre 2019. Un evento raro e dagli effetti minimi, «come se misurassimo la lunghezza di un’auto sulla Luna vista dalla Terra», dice Peter McGill, ricercatore all’università della California a Santa Cruz e primo autore dell’articolo. La sfida principale nella ricerca dell’effetto general relativistico, comunque, è stato riconoscere ed estrarre la debole luce della stella di fondo dal bagliore della nana bianca, circa 400 volte più luminosa. Solo Hubble può effettuare questo tipo di osservazioni ad alto contrasto. Hubble in luce visibile, e probabilmente Webb nell’infrarosso.
E non a caso, sulla base dell’affidabilità dimostrata da Gaia (non che ci fosse ancora qualcosa da dimostrare, da parte della missione), Sahu sta osservando un’altra nana bianca, Lawd 66, con il telescopio spaziale James Webb. La prima osservazione è stata effettuata nel 2022. Altre osservazioni saranno effettuate quando la deflessione raggiungerà il picco nel 2024 e poi si attenuerà.
«Gaia ha davvero cambiato le carte in tavola: è emozionante poter usare i suoi dati per prevedere quando gli eventi si verificheranno e poi osservarli», conclude McGill. «Vogliamo continuare a misurare l’effetto di microlensing gravitazionale e ottenere misure di massa per molti altri tipi di stelle».
Per saperne di più:
- Leggi su Mnras l’articolo “First semi-empirical test of the white dwarf mass–radius relationship using a single white dwarf via astrometric microlensing“, di Peter McGill, Jay Anderson, Stefano Casertano, Kailash C Sahu, Pierre Bergeron, Simon Blouin, Patrick Dufour, Leigh C Smith, N Wyn Evans, Vasily Belokurov, Richard L Smart, Andrea Bellini, Annalisa Calamida, Martin Dominik, Noé Kains, Jonas Klüter, Martin Bo Nielsen, e Joachim Wambsganss;