Wie Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie Wissenschaftlern half, einen toten Stern zu analysieren

Am Donnerstag, Astronomen angekündigt dass sie das Hubble-Weltraumteleskop der NASA verwendeten, um zum ersten Mal direkt die Masse der Leiche eines Sterns zu messen. Aber der Kicker ist, dass sie es taten, indem sie sich einen bewusstseinsverändernden kosmischen Effekt namens Gravitations-Mikrolinsen zunutze machten, der vor mehr als einem Jahrhundert von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde.

Diese Leistung von Hubble markiert das allererste Mal, dass ein solcher Effekt genutzt wurde, um einen einzelnen, isolierten Stern außer unserer eigenen Sonne zu messen.

Ich werde gleich auf das Mikrolinsen-Bit eingehen, aber hier sind einige schnelle Statistiken über die historischen Messungen des Weißen Zwergs.

Zunächst einmal heißt es LAWD 37. Einfügen “Oh Lawd, er kommt‘” Katzenmem. Tut mir leid.

Zweitens scheint dieser einsame Sternkörper, der der superheiße, überlebende Kern eines ausgebrannten, sonnenähnlichen Sterns ist, laut Hubbles Beobachtungen 56 % der Masse unserer Sonne zu haben. Das ist eine ziemliche Erleichterung, denn diese Zahl stimmt laut Forschungsteam mit früheren theoretischen Vorhersagen über LAWD 37 überein und untermauert viele unserer aktuellen Theorien über die Struktur und Zusammensetzung von Weißen Zwergen. Und das Verständnis der Weißen Zwerge ist entscheidend für unser Verständnis des Universums.

„Weiße Zwerge geben uns Hinweise darauf, wie sich Sterne entwickeln – eines Tages wird unser eigener Stern als Weißer Zwerg enden“, Peter McGill, Postdoktorand an der UC Santa Cruz und Hauptautor einer Studie über die in Monthly Notices of the Royal veröffentlichten Messungen Astronomische Gesellschaft, sagte in einer Erklärung.

Da uns insbesondere dieser Weiße Zwerg mit einer Entfernung von etwa 15 Lichtjahren so nahe ist, erklärt McGill, haben wir viele Daten darüber. “Aber das fehlende Teil des Puzzles war ein Maß für seine Masse.” Aber zum Glück haben wir jetzt auch dieses Stück.

Hier kommt Einsteins Theorie ins Spiel.

Was ist Gravitationsmikrolinseneffekt?

Seit ihrer Entstehung in den frühen 1900er Jahren sind Wissenschaftler absolut fasziniert von Albert Einsteins erstaunlicher Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie – eine Idee, die sich auf die seltsame Prämisse stützt, dass unsere kosmische Weite physisch mit greifbaren Fäden von Raum und Zeit verwoben ist.

Die Allgemeine Relativitätstheorie muss nicht nur noch widerlegt werden, obwohl Experten jahrzehntelang versucht haben, eine Lücke zu finden, sondern sie erklärt auch einige der seltsamsten Dinge, die in unserem Universum passieren. Dinge wie Kollisionen mit schwarzen Löchern, die senden Gravitationswellen, die im Raum widerhallenUnd Die Zeit tickt im Erdorbit anders als auf ihrem Boden.

Aber einer der beliebtesten Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie von Astronomen ist, dass Licht im fernen Universum sich zu biegen, zu verdrehen und zu verzerren scheint, wenn es durch die Anwesenheit extremer Gravitationspools wandert, die von massiven kompakten Objekten wie Galaxienhaufen erzeugt werden. Es heißt Gravitationslinseneffekt – und in kleinerem Maßstab Gravitationsmikrolinseneffekt.

Gravitationslinsen sind ein wichtiges Phänomen für die Astronomie, da alles, was diese verzerrten Lichtstrahlen aussendet (zum Beispiel ein Stern), einem Beobachter, der es sonst nicht sehen könnte, vergrößert erscheinen kann. Auf der anderen Seite können Sie Informationen darüber ableiten, was auch immer dazu führt, dass sich Lichtstrahlen verziehen, indem Sie rückwärts arbeiten.

Und letzteres ist genau das, was McGill und andere Forscher ausnutzten.

Zu Beginn verwendeten die Astronomen den Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation – ein Gerät, das derzeit versucht, eine erstaunlich detaillierte Karte der Milchstraße zu erstellen – um herauszufinden, wo Hubble während eines wahrscheinlichen Gravitations-Mikrolinsenereignisses nach LAWD 37 suchen sollte.

Dann beobachteten sie, wie Licht von einem Hintergrundstern hinter LAWD 37 vorbeizog, sein Licht durch Hubbles Interessenpunkt verzerrt.

Das Team fand schließlich wichtige Parameter heraus, wie sich das Licht des Hintergrundsterns in Gegenwart von LAWD 37 veränderte, und lernte durch die Kunst der Schlussfolgerung, welche Art von Sternmasse solche Veränderungen hervorrufen würde. Hier hast du es.

„Die Präzision der Massenmessung von LAWD 37 ermöglicht es uns, die Masse-Radius-Beziehung für Weiße Zwerge zu testen“, sagte McGill. „Das bedeutet, die Eigenschaften von Materie unter den extremen Bedingungen innerhalb dieses toten Sterns zu testen.“

1919, nur wenige Jahre nachdem Einstein eine Abhandlung über die allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte, nutzten zwei britische Astronomen diese Art von Linseneffekt, um auf ähnliche Weise die Sonnenmasse während einer Sonnenfinsternis zu beobachten. Das war ein großer Moment, weil es als das allererste Experiment galt Beweis der Relativitätlaut NASA – aber es blieb damals unklar, ob jemand wieder in der Lage sein würde, „Gravitationslinsen“ zu verwenden.

“Diese Ereignisse sind selten und die Auswirkungen sind winzig”, sagte McGill. “Zum Beispiel ist die Größe unseres gemessenen Effekts so, als würde man die Länge eines Autos auf dem Mond von der Erde aus sehen, und ist 625-mal kleiner als der Effekt, der bei der Sonnenfinsternis von 1919 gemessen wurde.”

In Zukunft möchte das Team Gaia weiterhin verwenden, um vorherzusagen, wann mögliche Gravitations-Mikrolinsenereignisse ihnen helfen könnten, so viele sternenklare Massemessungen wie möglich zu erhalten. Tatsächlich arbeitet der leitende Hubble-Forscher und Co-Autor der Studie, Kailash Sahu, bereits an der Beobachtung eines weiteren Weißen Zwergs namens LAWD 66 mit dem bahnbrechenden James-Webb-Weltraumteleskop der NASA.

Wenn man bedenkt, wie mächtig der JWST ist, kann ich es kaum erwarten, die nächste Stufe der Gravitationsmikrolinsenentfaltung zu sehen.