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jun 07

Astrônomos usam o Hubble para desenvolver um experimento que usa a centenária Teoria da Relatividade Geral para medir a massa de uma anã branca

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As vezes o que vemos pode ser uma decepção. Nesta imagem capturada pelo Hubble, a anã branca Stein 2051B e a estrela menor abaixo parecem uma dupla de vizinhos próximos, certo? Não! As estrelas residem bem longe uma da outra. Stein 2051B está a ‘apenas’ 17 anos luz da Terra e a outra estrela reside a 5.000 anos luz. A estrela Stein 2051B foi nomeada em homenagem ao seu descobridor, o padre alemão católico e astrônomo Johan Stein. Créditos: NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

Os astrônomos usaram a aguçada capacidade do Telescópio Espacial Hubble da NASA para repetir um teste centenário da teoria geral da relatividade de Einstein. O time do Hubble mediu a massa de uma anã branca, cinzas remanescentes de uma estrela convencional que morreu, vendo quanto esta desvia a luz de uma estrela de fundo.

Esta observação demonstra a primeira vez em que o Hubble testemunhou este tipo de efeito produzido por um objeto estelar. 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 a força da gravidade. A teoria foi verificada experimentalmente quatro anos mais tarde quando um time liderada pelo astrônomo 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 astrônomos 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 detectar este fenômeno de deformação gravitacional provocada por uma estrela fora do nosso Sistema Solar. A quantidade de deformação é tão pequena que apenas com as capacidades poderosas do Hubble os cientistas conseguiram medi-la.

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Nesta animação que agrega uma coleção de imagens obtidas pelo Hubble, a anã branca Stein 2051B passa pela estrela menor. Mas Stein 2051B está a 17 anos-luz de distância da Terra e a estrela de fundo a fica a 5.000 anos-luz. Créditos: NASA, ESA e K. Sahu (STScI)

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 observação de uma formiga andando por cima de uma moeda a cerca de 2.400 km de distância.

Usando a medição do desvio, os astrônomos 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 inaugura um novo método para determinar a massa de um objeto estelar. Normalmente, se uma estrela tenha uma companheira, os astrônomos podem determinar a sua massa medindo o movimento orbital do sistema binário. Embora Stein 2051B tenha uma companheira, uma brilhante estrela anã vermelha, os astrônomos não podem medir a sua massa porque as estrelas estão demasiadamente distantes uma da outra. As estrelas estão separadas, pelo menos, por 8 bilhões de quilômetros, praticamente o dobro da distância entre Plutão e o Sol.

Kailash Sahu do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, Maryland, EUA: explicou:

Este método de microlente gravitacional é uma maneira relativamente independente e direta de determinar a massa de uma estrela. É como colocar a estrela em uma balança: a deformação é análoga ao movimento da agulha da balança.

A análise feita utilizando o Hubble também ajudou aos astrônomos a verificar de forma independente a teoria que estabelece que o raio de uma anã branca é determinado pela sua massa, uma ideia proposta em 1935 pelo astrônomo indiano-americano Subrahmanyan Chandrasekhar.

O membro do time Howard Bond, da Universidade Estatal da Pensilvânia em University Park, declarou:

A nossa medição é uma boa confirmação da teoria e até nos divulga a composição interna de uma anã branca.

O time de Sahu identificou Stein 2051B e a sua estrela de fundo depois de vasculharem dados de mais de 5.000 alvos em um 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.

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Este diagrama revela como a gravidade de uma anã branca deforma o espaço e desvia a luz de uma distante estrela atrás. O Telescópio Espacial Hubble capturou imagens da estrela moribunda, chamada Stein 2051B, enquanto passava em frente de uma estrela de fundo. Durante o alinhamento próximo, Stein 2051B desviou a luz estelar, de sua posição real, por aproximadamente 2 milissegundos de arco. Créditos: NASA, ESA e A. Feild (STScI)

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 por sete vezes ao longo de um período de dois anos, enquanto passava pela estrela de fundo escolhida.

As observações através do Hubble foram complexas e demoradas. O time da investigação teve de 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 astrônomos pudessem aí observar o fenômeno com o Hubble.

Os astrônomos também tiveram que medir a minúscula quantidade de luz estelar desviada.

Jay Anderson, membro do STScI, liderou a análise para medir com precisão as posições das estrelas nas imagens do Hubble e declarou:

Stein 2051B aparece 400 vezes mais brilhante do que a distante estrela de fundo. 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 fato, o ligeiro desvio é cerca de 1,000 vezes menor do que a medição feita pelo astrônomo Sir Eddington na sua experiência primordial em 1919.

O sistema Stein 2051B tem o nome do seu descobridor, o astrônomo e padre católico holandês Johan Stein. Encontra-se a 17 anos-luz da Terra e tem uma idade estimada em cerca de 2,7 bilhões de anos. A estrela de fundo está a cerca de 5.000 anos-luz de distância.

Os investigadores planejam usar o Hubble para levar realizar um estudo similar do efeito de microlente observando Proxima Centauri, a mais próxima vizinha estelar do nosso Sistema Solar.

Kailash Sahu apresentou os resultados em 7 de junho de 2017 na conferência da AAS (American Astronomical Society) em Austin, Texas, EUA. Os resultados do time foram publicados dia 9 de junho de 2017 na Science.

Fontes

NASA: Hubble Astronomers Develop a New Use for a Century-Old Relativity Experiment to Measure a White Dwarf’s Mass

Science:

._._.

1706.02037 – Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star

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