Проведен космический эксперимент, считавшийся невозможным

ченые «взвесили» карликовую звезду с помощью метода, описанного известным физиком Альбертом Эйнштейном, который говорил, чтобы человечество «даже не надеялось» на его использование.

Метод заключается в измерении массы звезды, которая выступает в качестве линзы, искажая свет более далекой звезды, проходящей за ней. Эйнштейн предсказал, что такой эффект гравитационного микролинзирования может происходить на основе его общей теории относительности, но был уверен, что ученые никогда не смогут это увидеть. Однако шли десятилетия, на орбите Земли появлялось все больше впечатляющего оборудования, открывающего новые возможности.

Кольцо Эйнштейна — деформация света от удаленного источника под действием гравитации объекта с очень большой массой. © NASA

И теперь «Хаббл» сумел зафиксировать потухшую звезду с расстояния 18 световых лет, искажавшую свет более далекой звезды, которая проходила за ней. Благодаря этим наблюдениям астрономы смогли на основе искривленного света рассчитать массу мертвой звезды под названием Stein 2051B. Результат идеально соответствует прогнозу, сделанному столетие назад.

© NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

«Я много лет думал об этой проблеме. Мы не были уверены, сможем ли мы добиться успеха, но попробовать, определенно, стоило», — говорит Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа, ведущий автор доклада, опубликованного в журнале Science.

Эффект, связанный со звездопересечением, называемый гравитационным микролинзированием, наблюдался ранее с использованием в качестве линзы гораздо более близкой звезды — нашего Солнца. Во время полного солнечного затмения 1919 года Артур Эддингтон измерил положение звезд вблизи края темного Солнца и увидел, что гравитация нашей звезды искажала далекий звездный свет, демонстрируя то, что было предсказано теорией относительности.

Астрономы использовали аналогичные методы для обнаружения экзопланет и скоплений невидимой темной материи, которая искривляла свет, исходящий от фоновых объектов, и они использовали целые скопления галактик в качестве линз, чтобы наблюдать, как далекие звезды взрываются снова и снова. Но до сих пор никому не удавалось увидеть одну маленькую звезду в искривленном свете другой.

В своей статье, опубликованной в Science в 1936 году, Эйнштейн также писал, что это невозможно.

Космический светлячок

Чтобы найти правильное выравнивание звезд, Саху и его команда просмотрели примерно 5000 звезд, которые могли бы служить линзой, прежде чем идентифицировать Stein 2051B. Этот космический объект — белый карлик, маленький плотный «труп» звезды, которая когда-то была похожа на Солнце.

Затем предстояла самая сложная часть. Случайное выравнивание двух звезд — это одно, но реальная возможность их наблюдать — совсем другое. Вот так описывает это Саху: «Представьте светлячка, ползущего с одной стороны монетки на другую. Во-первых, вы должны обнаружить это микродвижение с расстояния 2500 км. Во-вторых, рядом со светлячком есть яркая лампочка (белый карлик), и вам нужно разглядеть еле заметного светлячка в свете яркой лампочки».

С помощью «Хаббла» ученый наблюдал за звездной парой восемь раз между октябрем 2013 года и октябрем 2015, чтобы поймать момент их выравнивания. Гравитация Stein 2051B искажала и смещала свет звездного светлячка. Основываясь на этом световом отклонении, команда смогла рассчитать массу белого карлика, которая составила около 68 % массы Солнца и 1 % его диаметра. Результат почти в точности соответствует теории, предложенной Субрахманьяном Чандрасекаром в 1930 году, которая описывает квантовомеханические взаимодействия между атомами в ядрах звезд. «Согласно его теории, радиус белого карлика определенным образом уменьшается по мере увеличения массы, и наши измерения массы точно подтвердили это!» — говорит Саху.

Результаты «Хаббла» также указывают на то, что Stein 2051B не имеет железного ядра, которое могло бы означать, что звезда очень старая, даже старше, чем Вселенная. Другими словами, этот маленький белый карлик — самая нормальная, скучная мертвая звезда, которую только можно вообразить, и ученые очень заинтригованы.

Теперь, когда Саху и его коллеги осуществили свой космический трюк, они надеются, что это будет полезно для измерения массы других звезд с помощью спутника ЕКА «Гайя» или нового телескопа имени Джеймса Уэбба. «Эйнштейн был бы горд, — говорит Терри Освальт из Авиационного университета Эмбри-Риддл. — Один из его ключевых прогнозов прошел очень строгий обсервационный тест».