天文学家观察到光在一颗孤立的白矮星周围弯曲

天文学家使用一种称为引力微透镜的效应直接测量死星的质量，这种效应首先由阿尔伯特·爱因斯坦在他的广义相对论中预测，并在100年前由两位剑桥天文学家首次观察到。

由剑桥大学领导的国际团队使用来自两个望远镜的数据来测量来自遥远恒星的光线如何弯曲一颗名为LAWD 37的白矮星，导致遥远的恒星暂时改变其在天空中的视位置。

这是第一次在太阳以外的单一孤立恒星上检测到这种效应，也是第一次直接测量这种恒星的质量。结果在皇家天文学会的月刊中报告。

LAWD 37是一颗白矮星，是像我们这样的恒星死亡的结果。当一颗恒星死亡时，它会停止燃烧燃料并排出其外部物质，只留下一个炽热、致密的核心。在这些条件下，我们所知道的物质的行为非常不同，并变成一种叫做电子简并物质的东西。

“白矮星为我们提供了恒星如何演化的线索 - 有一天我们自己的恒星最终会变成白矮星，”主要作者Peter McGill博士说，他在剑桥天文学研究所完成博士学位时进行了这项研究。麦吉尔现在在加州大学圣克鲁斯分校工作。

LAWD 37已经被广泛研究，因为它离我们相对较近。这颗白矮星距离我们15光年，位于马斯卡星座，是一颗大约1.15亿年前死亡的恒星的遗迹。

“因为这颗白矮星离我们相对较近，我们有很多关于它的数据 - 我们有关于它的光谱的信息，但拼图的缺失部分是测量它的质量，”麦吉尔说。

质量是恒星演化过程中最重要的因素之一。对于大多数恒星物体，天文学家间接推断质量，依赖于强大的，通常未经测试的建模假设。在极少数可以直接推断质量的情况下，物体必须有一个伴星，例如双星系统。但是对于单个物体，例如LAWD 37，需要其他方法来确定质量。

麦吉尔和他的国际同事团队能够使用一对望远镜 - 欧洲航天局的盖亚望远镜和哈勃太空望远镜 - 通过预测然后观察爱因斯坦首先预测的天体测量效应，获得LAWD 37的首次准确质量测量。

在他的广义相对论中，爱因斯坦预测，当一个大质量致密物体经过一颗遥远的恒星前方时，来自恒星的光会因其引力场而围绕前景物体弯曲。这种效应被称为引力微透镜。1919年，两位英国天文学家——剑桥大学的亚瑟·爱丁顿和皇家格林威治天文台的弗兰克·戴森——在日食期间首次发现了这种效应，这是广义相对论的首次流行证实。然而，爱因斯坦悲观地认为，太阳系外的恒星会检测到这种效应。

2017年，天文学家在双星系统中的另一颗附近白矮星Stein 2051 b上发现了这种引力微透镜效应，这标志着太阳以外的恒星首次检测到这种效应。现在，剑桥领导的团队已经检测到LAWD 37的影响，首次对单个白矮星进行了直接质量测量。

使用欧空局的盖亚卫星，该卫星正在创建最准确，最完整的银河系多维地图，天文学家能够预测LAWD 37的运动，并确定它将足够靠近背景恒星的点以检测透镜信号。

利用盖亚数据，天文学家能够在正确的时间将哈勃太空望远镜指向正确的位置，以观察这一现象，该现象发生在著名的爱丁顿/戴森实验 2019 年后的 100 年 <> 月。

由于来自背景恒星的光线非常微弱，天文学家面临的主要挑战是从噪声中提取透镜信号。“这些事件很少见，影响很小，”麦吉尔说。“例如，我们测量的效应的大小就像从地球上测量月球上的汽车长度一样，比625年日食测量的效应小1919倍。

一旦他们提取了透镜信号，研究人员就能够测量背景源的天体测量偏转的大小，该偏转与白矮星的质量成比例，并获得LAWD 37的引力质量，即我们太阳质量的56%。这与早期对LAWD 37质量的理论预测一致，并证实了目前关于白矮星如何演化的理论。

“LAWD 37质量测量的精度使我们能够测试白矮星的质量 - 半径关系，”McGill说。“这意味着在这颗死星内部的极端条件下测试物质的性质。

研究人员表示，他们的研究结果为盖亚数据的未来事件预测打开了大门，盖亚数据可以通过哈勃的继任者JWST等天文台进行探测。

“盖亚真的改变了游戏规则 - 能够使用盖亚数据来预测事件何时发生，然后观察它们发生，这令人兴奋，”麦吉尔说。“我们希望继续测量引力微透镜效应，并获得更多类型恒星的质量测量结果。