När man letar efter de mest avlägsna föremålen i universum förlitar sig astronomer ofta på en teknik som kallas Gravitational Lensing. Baserat på principerna i Einsteins teori om allmän relativitet innebär denna teknik att förlita sig på en stor materiurdistribution (till exempel ett galaxkluster eller en stjärna) för att förstora ljuset som kommer från ett avlägset objekt, och därigenom få det att se ljusare och större ut.
Denna teknik har gjort det möjligt att studera enskilda stjärnor i avlägsna galaxer. I en nyligen genomförd studie använde ett internationellt team av astronomer ett galaxkluster för att studera den längsta individuella stjärnan som någonsin har sett i universum. Även om det vanligtvis är svimt att observera, gjorde närvaron av en förgrundsgalaxkluster teamet att studera stjärnan för att testa en teori om mörk materia.
Studien som beskriver deras forskning dök nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Naturastronomi under titeln ”Extrem förstoring av en individuell stjärna vid rödförskjutning 1,5 med en galax-klusterlins”. Studien leddes av Patrick L. Kelly, biträdande professor vid University of Minnesota, och inkluderade medlemmar från Las Cumbres Observatory, National Optical Astronomical Observatory, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) och flera universitet och forskningsinstitutioner.
För deras studie använde prof. Kelly och hans medarbetare galaxklyngen känd som MACS J1149 + 2223 som deras lins. Beläget cirka 5 miljarder ljusår från jorden, sitter detta galaxkluster mellan solsystemet och galaxen som innehåller Icarus. Genom att kombinera Hubbles upplösning och känslighet med styrkan i denna gravitationslins kunde teamet se och studera Icarus, en blå jätte.
Icarus, uppkallad efter den grekiska mytologiska figuren som flög för nära solen, har haft en ganska intressant historia. På ett avstånd av ungefär 9 miljarder ljusår från Jorden framstår stjärnan för oss som den gjorde när universum bara var 4,4 miljarder år gammal. I april 2016 blev stjärnan tillfälligt ljusare till 2000 gånger sin normala ljusstyrka tack vare gravitationsförstärkningen av en stjärna i MACS J1149 + 2223.
Som professor Kelly förklarade i ett nyligen pressmeddelande från UCLA, tillät detta Icarus tillfälligt att bli synlig för första gången för astronomer:
"Du kan se enskilda galaxer där ute, men denna stjärna är minst 100 gånger längre bort än nästa individuella stjärna vi kan studera, med undantag för supernovaexplosioner."
Kelly och ett team av astronomer hade använt Hubble och MACS J1149 + 2223 för att förstora och övervaka en supernova i den avlägsna spiralgalaxen när de såg den nya ljuspunkten inte långt borta. Med tanke på den nya källans position bestämde de sig för att den skulle vara mycket mer förstorad än supernova. Dessutom hade tidigare studier av denna galax inte visat ljuskällan, vilket indikerade att den linsades.
Som Tommaso Treu, professor i fysik och astronomi vid UCLA College och medförfattare till studien, indikerade:
”Stjärnan är så kompakt att den fungerar som ett nålhål och ger en mycket skarp ljusstråle. Strålen lyser genom förgrundsklaset av galaxer och fungerar som ett kosmiskt förstoringsglas ... Att hitta fler sådana händelser är mycket viktigt för att göra framsteg i vår förståelse av universums grundläggande sammansättning.
I det här fallet gav stjärnljuset en unik möjlighet att testa en teori om den osynliga massan (alias "mörk materia") som genomsyrar universum. I grund och botten använde teamet den exakta ljuskällan som tillhandahölls av bakgrundsstjärnan för att undersöka det mellanliggande galaxklusteret och se om det innehöll enorma antal primordiala svarta hål, som anses vara en potentiell kandidat för mörk materia.
Dessa svarta hål antas ha bildats under universumets födelse och har massor som är tiotals gånger större än solen. Resultaten av detta test visade dock att ljusfluktuationer från bakgrundstjärnan, som hade övervakats av Hubble i tretton år, gynna denna teori. Om mörk materia verkligen bestod av små svarta hål, skulle ljuset från Icarus ha sett mycket annorlunda ut.
Sedan det upptäcktes 2016 med hjälp av gravitationslinsningsmetoden har Icarus skapat ett nytt sätt för astronomer att observera och studera enskilda stjärnor i avlägsna galaxer. På så sätt kan astronomer få en sällsynt och detaljerad titt på enskilda stjärnor i det tidiga universum och se hur de (och inte bara galaxer och kluster) utvecklades över tid.
När James Webb rymdteleskop (JWST) distribueras 2020, astronomer förväntar sig att få en ännu bättre look och lära sig så mycket mer om denna mystiska period i kosmisk historia.
