No coração de toda estrela anãbranca - o denso objeto estelar que permanece depois que uma estrela queima sua reserva de combusta­vel de gases ao se aproximar do fim de seu ciclo de vida - existe um enigma qua¢ntico: a  medida que as ana£s brancas adicionam massa, elas se encolhem. tamanho, atéque se tornem tão pequenos e compactados que não possam se sustentar, colapsando em uma estrela de naªutrons.

Essa relação intrigante entre a massa e o tamanho de uma anãbranca, chamada de relação raio de massa, foi teorizada pelo astrofisico vencedor do Praªmio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar na década de 1930. Agora, uma equipe de astrofisicos de Johns Hopkins desenvolveu um manãtodo para observar o pra³prio fena´meno usando dados astrona´micos coletados pelo Sloan Digital Sky Survey e um conjunto de dados recente divulgado pelo Gaia Space Observatory. Os conjuntos de dados combinados forneceram mais de 3.000 ana£s brancas para a equipe estudar.

Um relatório de suas descobertas, liderado pelo Vedant Chandra, da Hopkins, estãoagora dispona­vel no Astrophysical Journal e dispona­vel on-line no arXiv.

"A relação massa-raio éuma combinação espetacular de meca¢nica qua¢ntica e gravidade, mas écontra-intuitivo para nos- pensamos que, a  medida que um objeto ganha massa, ele deve aumentar", diz Nadia Zakamska, professora associada do Departamento de Fa­sica e Astronomia que supervisionou os estudantes pesquisadores. "A teoria existe hámuito tempo, mas o que énota¡vel éque o conjunto de dados que usamos éde tamanho sem precedentes e precisão sem precedentes. Esses manãtodos de medição, que em alguns casos foram desenvolvidos anos atrás, de repente funcionam muito melhor e esses teorias antigas podem finalmente ser sondadas ".

A equipe obteve seus resultados usando uma combinação de medidas, incluindo principalmente o efeito gravitacional do desvio para o vermelho, que éa alteração do comprimento de onda da luz de azul para vermelho a  medida que a luz se afasta de um objeto. a‰ um resultado direto da teoria da relatividade geral de Einstein.

"Para mim, a beleza deste trabalho éque todos aprendemos essas teorias sobre como a luz seráafetada pela gravidade na escola e nos livros dida¡ticos, mas agora vemos esse relacionamento nas próprias estrelas ", diz Hsiang, estudante do quinto ano. -Chih Hwang, que propa´s o estudo e primeiro reconheceu o efeito do desvio para o vermelho gravitacional nos dados.

A equipe também teve que explicar como o movimento de uma estrela no espaço poderia afetar a percepção de seu desvio para o vermelho gravitacional. Similar a  maneira como uma sirene de um carro de bombeiros muda de tom de acordo com seu movimento em relação a  pessoa que estãoouvindo, as frequências de luz também mudam dependendo do movimento do objeto emissor de luz em relação ao observador. Isso échamado efeito Doppler e éessencialmente um "rua­do" perturbador que complica a medição do efeito do desvio para o vermelho gravitacional, diz o colaborador do estudo Sihao Cheng, um estudante de quarto ano.

Para explicar as variações causadas pelo efeito Doppler, a equipe classificou as ana£s brancas em sua amostra definida por raio. Eles então calcularam a média dos desvios de estrelas de tamanho semelhante, determinando efetivamente que, não importa onde uma estrela esteja localizada ou se mova em relação a  Terra, pode-se esperar que ela tenha um desvio para o vermelho gravitacional intra­nseco de um determinado valor. Pense nisso como uma medição média de todos os arremessos de todos os carros de bombeiros que se movimentam em uma determinada área em um determinado momento - vocêpode esperar que qualquer carro de bombeiros, independentemente da direção em que esteja se movendo, tenha um arremesso intra­nseco dessa média valor.

Esses valores intra­nsecos do desvio para o vermelho gravitacional podem ser usados ​​para estudar estrelas observadas em futuros conjuntos de dados. Os pesquisadores dizem que os pra³ximos conjuntos de dados maiores e mais precisos permitira£o um ajuste mais fino de suas medições, e que esses dados podem contribuir para a análise futura da composição química da anãbranca.

Eles também dizem que seu estudo representa um emocionante avanço da teoria para os fena´menos observados.

"Como a estrela fica menor a  medida que se torna mais macia§a, o efeito gravitacional do desvio para o vermelho também cresce com a massa", diz Zakamska. "E isso éum pouco mais fa¡cil de entender - émais fa¡cil sair de um objeto maior e menos denso do que sair de um objeto mais massivo e mais compacto. E foi exatamente isso que vimos nos dados".

A equipe estãoatéencontrando paºblicos cativos para suas pesquisas em casa - onde eles conduziram seu trabalho em meio a  pandemia de coronava­rus.

"O jeito que eu exaltei isso para meu ava´ éque vocêbasicamente vaª a meca¢nica qua¢ntica e a teoria da relatividade geral de Einstein se unindo para produzir esse resultado", diz Chandra. "Ele ficou muito animado quando eu disse dessa maneira."