Galaxy Cluster Abell 2218 förvränger ljuset från flera avlägsna galaxer. Bildkredit: ESO. Klicka för att förstora.
Femtio år efter hans död ger Albert Einsteins arbete fortfarande nya verktyg för att förstå vårt universum. Ett internationellt team av astronomer har nu använt ett fenomen som först förutsades av Einstein 1936, kallad gravitationslinsning, för att bestämma formen på stjärnor. Detta fenomen, på grund av gravitationseffekten på ljusstrålar, ledde till utvecklingen av gravitationsoptiktekniker, bland dem gravitationsmikrolensering. Det är första gången denna välkända teknik har använts för att bestämma formen på en stjärna.
De flesta stjärnorna på himlen är punktliknande, vilket gör det mycket svårt att utvärdera sin form. De senaste framstegen inom optisk interferometri har gjort det möjligt att mäta formen på några stjärnor. I juni 2003 konstaterades till exempel stjärnan Achernar (Alpha Eridani) vara den plattaste stjärnan som någonsin har sett, med hjälp av observationer från Very Large Telescope Interferometer (se ESO: s pressmeddelande för detaljer om denna upptäckt). Fram till nu har endast ett fåtal mätningar av stjärnform rapporterats, delvis på grund av svårigheten att utföra sådana mätningar. Det är emellertid viktigt att erhålla ytterligare exakta bestämningar av stjärnformen, eftersom sådana mätningar hjälper till att testa teoretiska stjärnmodeller.
För första gången använde ett internationellt team av astronomer [1], under ledning av N. J. Rattenbury (från Jodrell Bank Observatory, Storbritannien) gravitationslinseringstekniker för att bestämma formen på en stjärna. Dessa tekniker förlitar sig på gravitationsböjningen av ljusstrålar. Om ljus som kommer från en ljus källa passerar nära ett massivt objekt i förgrunden kommer ljusstrålarna att böjas och bilden av den ljusa källan förändras. Om det förgrundsmassiva objektet ('linsen') är punktliknande och perfekt i linje med jorden och den ljusa källan, kommer den förändrade bilden sett från jorden att vara en ringform, den så kallade 'Einstein-ringen'. De flesta verkliga fall skiljer sig dock från denna ideala situation, och den observerade bilden förändras på ett mer komplicerat sätt. Bilden nedan visar ett exempel på gravitationslinsning av ett massivt galaxkluster.
Gravitationsmikrolensering, som används av Rattenbury och hans kollegor, förlitar sig också på tyngdens avböjning av ljusstrålar. Gravitationsmikrolensering är termen som används för att beskriva gravitationslinshändelser där linsen inte är tillräckligt massiv för att producera upplösbara bilder av bakgrundskällan. Effekten kan fortfarande upptäckas eftersom de förvrängda bilderna på källan är ljusare än den olensade källan. Den observerbara effekten av gravitationsmikrolensering är därför en tillfällig uppenbar förstoring av bakgrundskällan. I vissa fall kan mikrolenseringseffekten öka ljusstyrkan hos bakgrundskällan med en faktor upp till 1000. Som redan påpekats av Einstein är de justeringar som krävs för att observera mikrolenseffekten sällsynta. Eftersom alla stjärnor är i rörelse är effekten dessutom övergående och inte upprepande. Mikrolenseringshändelser inträffar över tidsskalor från veckor till månader och kräver långsiktiga undersökningar för att upptäckas. Sådana undersökningsprogram har funnits sedan 1990-talet. Idag är två undersökningsteam i drift: ett samarbete mellan Japan och Nya Zeeland som kallas MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) och ett polskt / Princeton-samarbete som kallas OGLE (Optical Gravitational Lens Experiment). MOA-teamet observerar från Nya Zeeland och OGLE-teamet från Chile. De stöds av två uppföljningsnätverk, MicroFUN och PLANET / RoboNET, som driver cirka ett dussin teleskoper runt om i världen.
Mikrolenseringstekniken har använts för att söka efter mörkt material runt vår Vintergatan och andra galaxer. Denna teknik har också använts för att upptäcka planeter som kretsar runt andra stjärnor. För första gången kunde Rattenbury och hans kollegor bestämma formen på en stjärna med denna teknik. Mikrolenseringshändelsen som användes upptäcktes i juli 2002 av MOA-gruppen. Evenemanget heter MOA 2002-BLG-33 (hädanefter MOA-33). Genom att kombinera observationerna av denna händelse med fem markbaserade teleskoper tillsammans med HST-bilder utförde Rattenbury och hans kollegor en ny analys av denna händelse.
Eventet lins MOA-33 var en binär stjärna, och sådana binära linssystem producerar mikrolenserande ljuskurvor som kan ge mycket information om både källan och linssystemen. Den speciella geometri för observatören, linsen och källsystemen under mikrolenseringshändelsen MOA-33 innebar att den observerade tidsberoende förstoringen av källstjärnan var mycket känslig för själva källans form. Formen på källstjärnan vid mikrolenseringshändelser antas vanligtvis vara sfärisk. Att införa parametrar som beskriver källstjärnans form i analysen gjorde det möjligt att bestämma källstjärns form.
Rattenbury och hans kollegor uppskattade bakgrundstjärnan MOA-33 att vara något långsträckt, med ett förhållande mellan den polära och ekvatorialradie på 1,02 -0,02 / + 0,04. Med tanke på mätningens osäkerhet kan emellertid en cirkulär form av stjärnan inte helt uteslutas. Figuren nedan jämför formen på bakgrundstjärnan MOA-33 med de som nyligen uppmättes för Altair och Achernar. Medan både Altair och Achernar bara är några få parsecs från jorden, är MOA-33-bakgrundstjärnan en mer avlägsen stjärna (cirka 5000 parsecs från jorden). Faktiskt kan interferometriska tekniker endast tillämpas på ljusa (alltså närliggande) stjärnor. Tvärtom, mikrolenseringstekniken gör det möjligt att bestämma formen på mycket mer avlägsna stjärnor. Det finns faktiskt för närvarande ingen alternativ teknik för att mäta formen på avlägsna stjärnor.
Denna teknik kräver emellertid mycket specifika (och sällsynta) geometriska konfigurationer. Från statistiska överväganden uppskattade teamet att cirka 0,1% av alla upptäckta mikrolenseringshändelser kommer att ha de nödvändiga konfigurationerna. Cirka 1000 mikrolenseringshändelser observeras varje år. De borde bli ännu fler i en snar framtid. MOA-gruppen driftsätter för närvarande ett nytt Japan-levererat 1,8 m brett fältteleskop som kommer att upptäcka händelser i högre takt. En amerikansk ledd grupp överväger också planer för ett rymdbaserat uppdrag som heter Microlensing Planet Finder. Detta utformas för att ge en folkräkning av alla typer av planeter inom Galaxy. Som en biprodukt skulle det också upptäcka händelser som MOA-33 och ge information om stjärnorna.
Originalkälla: Jodrell Bank Observatory
