Gravitationslinser af sollignende stjerne i massiv hob afslører blå superkæmpe 9 milliarder lysår væk

Takket være en sjælden kosmisk justering, astronomer har fanget den fjerneste normale stjerne, der nogensinde er observeret, omkring 9 milliarder lysår fra Jorden.

Mens astronomer rutinemæssigt studerer galakser langt længere væk, de er kun synlige, fordi de lyser med lysstyrken af ​​milliarder af stjerner. Og en supernova, ofte lysere end den galakse, den sidder i, kan også være synlig i hele universet.

Ud over en afstand på omkring 100 millioner lysår, imidlertid, stjernerne i disse galakser er umulige at skelne hver for sig.

Men et fænomen kaldet gravitationel linse - bøjning af lys af massive galaksehobe i sigtelinjen - kan forstørre det fjerne univers og gøre dæmpet, langt væk synlige objekter. Typisk, objektivering forstørrer galakser med op til 50 gange, men i dette tilfælde, stjernen blev forstørret mere end 2, 000 gange. Det blev opdaget på NASAs Hubble-rumteleskopbilleder taget i slutningen af ​​april 2016 og så sent som i april 2017.

"Du kan se individuelle galakser derude, men denne stjerne er mindst 100 gange længere væk end den næste individuelle stjerne, vi kan studere, bortset fra supernovaeksplosioner, "sagde den tidligere postdoktor ved UC Berkeley, Patrick Kelly, nu på fakultetet ved University of Minnesota, tvillingebyer. Kelly er førsteforfatter til et papir om opdagelsen, der vises online i denne uge forud for offentliggørelse i tidsskriftet Natur Astronomi .

Opdagelsen af ​​stjernen, som astronomer ofte omtaler som Icarus snarere end ved dets formelle navn, MACS J1149 Lensed Star 1 (LS1), starter en ny teknik for astronomer til at studere individuelle stjerner i galakser dannet i universets tidligste dage. Disse observationer kan give et sjældent blik på, hvordan stjerner udvikler sig, især de mest lysende.

"For første gang nogensinde ser vi en individuel normal stjerne - ikke en supernova, ikke en gammastråle burst, men en enkelt stabil stjerne - i en afstand af ni milliarder lysår, " sagde Alex Filippenko, en professor i astronomi ved UC Berkeley og en af ​​mange medforfattere til rapporten. "Disse linser er fantastiske kosmiske teleskoper."

Astronomiholdet brugte også Icarus til at teste og afvise en teori om mørkt stof - at det består af talrige oprindelige sorte huller, der lurer inde i galaksehobe - og til at undersøge sammensætningen af ​​normalt stof og mørkt stof i galaksehoben.

Einstein ring

Kelly lagde mærke til stjernen, mens han overvågede en supernova, han havde opdaget i 2014, mens han brugte Hubble til at kigge gennem en gravitationslinse i stjernebilledet Løven. Den supernova, kaldet SN Refsdal til ære for den afdøde norske astrofysiker Sjur Refsdal, en pioner inden for gravitationslinsestudier, blev opdelt i fire billeder af linsen, en massiv galaksehob kaldet MACS J1149+2223, ligger omkring 5 milliarder lysår fra Jorden.

I mistanke om, at Icarus måske er mere forstørret end SN Refsdal, Kelly og hans team analyserede farverne på lyset, der kom fra det og opdagede, at det var en enkelt stjerne, en blå superkæmpe. Denne B-type stjerne er meget større, mere massiv, varmere og muligvis hundredtusindvis af gange iboende lysere end vores sol, selvom det stadig er alt for langt væk til at se uden forstærkningen af ​​gravitationslinser.

Ved at modellere linsen, de konkluderede, at den enorme tilsyneladende lysere Icarus sandsynligvis var forårsaget af en unik effekt af gravitationslinser. Mens en udvidet linse, som en galaksehob, kan kun forstørre et baggrundsobjekt op til 50 gange, mindre objekter kan forstørre meget mere. En enkelt stjerne i en forgrundslinse, hvis den er præcis justeret med en baggrundsstjerne, kan forstørre baggrundsstjernen tusindvis af gange. I dette tilfælde, en stjerne på størrelse med vores sol passerede kortvarigt direkte gennem sigtelinjen mellem den fjerne stjerne Icarus og Hubble, øger dens lysstyrke mere end 2, 000 gange.

Faktisk, hvis justeringen var perfekt, den enkelte stjerne i hoben forvandlede lyset fra den fjerne stjerne til en "Einstein-ring":en glorie af lys, der skabes, når lyset fra den fjerne stjerne bøjer sig rundt om alle sider af linsestjernen. Ringen er for lille til at skelne fra denne afstand, men effekten gjorde stjernen let synlig ved at forstørre dens tilsyneladende lysstyrke.

Kelly så en anden stjerne på Hubble-billedet, som enten kunne være et spejlbillede af Icarus, eller en anden stjerne, der er gravitationslinser.

"Der er justeringer som denne overalt, når baggrundsstjerner eller stjerner i linsegalakser bevæger sig rundt, giver mulighed for at studere meget fjerne stjerner fra det tidlige univers, ligesom vi har brugt gravitationslinser til at studere fjerne galakser, " sagde Filippenko. "For denne type forskning, naturen har givet os et større teleskop, end vi overhovedet kan bygge! "

Hvad angår Ikaros, astronomerne forudsiger, at den vil blive forstørret mange gange i løbet af det næste årti, når klyngestjerner bevæger sig rundt, måske øge dens lysstyrke så meget som 10, 000 gange.