Når de ser for å studere de fjerneste objektene i universet, er astronomer ofte avhengige av en teknikk som kalles gravitasjonslinsing. Basert på prinsippene i Einsteins teori om generell relativitet, innebærer denne teknikken å stole på en stor fordeling av materie (for eksempel en galakse-klynge eller stjerne) for å forstørre lyset fra en fjern gjenstand, og dermed gjøre det lysere og større.
Denne teknikken har gjort det mulig å studere individuelle stjerner i fjerne galakser. I en fersk studie brukte et internasjonalt team av astronomer en galakse-klynge for å studere den fjerneste individuelle stjernen noensinne har sett i universet. Selv om det normalt å besvime å observere, tillot nærværet av en forgrunnen galakse klynge teamet å studere stjernen for å teste en teori om mørk materie.
Studien som beskriver forskningen deres nylig ble vist i det vitenskapelige tidsskriftet Naturastronomi under tittelen “Ekstrem forstørrelse av en individuell stjerne på rødforskyvning 1,5 av en galakse-klyngelins”. Studien ble ledet av Patrick L. Kelly, adjunkt ved University of Minnesota, og inkluderte medlemmer fra Las Cumbres-observatoriet, National Optical Astronomical Observatory, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), og flere universiteter og forskningsinstitusjoner.
Av hensyn til studien brukte prof. Kelly og hans medarbeidere galakse-klyngen kjent som MACS J1149 + 2223 som deres linse. Ligger omtrent 5 milliarder lysår fra Jorden, og denne galakse klyngen sitter mellom solsystemet og galaksen som inneholder Icarus. Ved å kombinere Hubbles oppløsning og følsomhet med styrken til denne gravitasjonslinsen kunne teamet se og studere Icarus, en blå gigant.
Icarus, oppkalt etter den greske mytologiske skikkelsen som fløy for nær solen, har hatt en ganske interessant historie. I en avstand på omtrent 9 milliarder lysår fra Jorden, vises stjernen for oss som den gjorde da universet bare var 4,4 milliarder år gammel. I april 2016 ble stjernen midlertidig lysere til 2000 ganger sin normale lysstyrke takket være gravitasjonsforsterkningen av en stjerne i MACS J1149 + 2223.
Som professor Kelly forklarte i en fersk UCLA-pressemelding, tillot dette midlertidig at Icarus ble synlig for første gang for astronomer:
"Du kan se individuelle galakser der ute, men denne stjernen er minst 100 ganger lenger unna enn den neste individuelle stjernen vi kan studere, bortsett fra supernovaeksplosjoner."
Kelly og et team av astronomer hadde brukt Hubble og MACS J1149 + 2223 for å forstørre og overvåke en supernova i den fjerne spiralgalaksen på det tidspunktet da de oppdaget det nye lyspunktet ikke langt unna. Gitt posisjonen til den nye kilden, bestemte de seg for at den skulle være mye mer forstørret enn supernovaen. Dessuten hadde tidligere studier av denne galaksen ikke vist lyskilden, noe som indikerte at den ble linset.
Som Tommaso Treu, professor i fysikk og astronomi ved UCLA College og en medforfatter av studien, indikerte:
“Stjernen er så kompakt at den fungerer som et kulehull og gir en veldig skarp lysstråle. Strålen lyser gjennom forgrunnen av galakser og fungerer som et kosmisk forstørrelsesglass ... Å finne flere slike hendelser er veldig viktig for å gjøre fremskritt i vår forståelse av universets grunnleggende sammensetning.
I dette tilfellet ga stjernens lys en unik mulighet til å teste en teori om den usynlige massen (også kalt "mørk materie") som gjennomsyrer universet. I utgangspunktet brukte teamet den presise lyskilden som ble levert av bakgrunnsstjernen for å undersøke den mellomliggende galakse-klyngen og se om den inneholdt et enormt antall primordiale sorte hull, som anses å være en potensiell kandidat for mørk materie.
Disse sorte hullene antas å ha dannet seg under fødselen av universet og har masser titalls ganger større enn solen. Resultatene fra denne testen viste imidlertid at lyssvingninger fra bakgrunnsstjernen, som hadde blitt overvåket av Hubble i tretten år, misbruk denne teorien. Hvis mørk materie faktisk var satt sammen av bittesmå svarte hull, ville lyset fra Icarus ha sett mye annerledes ut.
Siden den ble oppdaget i 2016 ved hjelp av gravitasjonslinsemetoden, har Icarus gitt en ny måte for astronomer å observere og studere individuelle stjerner i fjerne galakser. På denne måten kan astronomer få et sjeldent og detaljert blikk på individuelle stjerner i det tidlige universet og se hvordan de (og ikke bare galakser og klynger) utviklet seg over tid.
Når James Webb romteleskop (JWST) er utplassert i 2020, astronomer forventer å få et enda bedre utseende og lære så mye mer om denne mystiske perioden i kosmisk historie.
