Global Gaia-kampagne afslører hemmeligheder bag stjernepar

En 500-dages global observationskampagne, der blev ført i spidsen for mere end tre år siden af ​​ESA's galaksekortlægningskraftværk Gaia, har givet hidtil uset indsigt i det binære system af stjerner, der forårsagede en usædvanlig oplysning af en endnu fjernere stjerne.

Stjernens lysende lys, beliggende i stjernebilledet Cygnus, blev første gang set i august 2016 af Gaia Photometric Science Alerts-programmet.

Dette system, vedligeholdt af Institute of Astronomy ved University of Cambridge, Storbritannien, scanner dagligt den enorme mængde data, der kommer fra Gaia, og advarer astronomer om tilstedeværelsen af ​​nye kilder eller usædvanlige lysstyrkevariationer i kendte, så de hurtigt kan pege på andre jord- og rumbaserede teleskoper for at studere dem i detaljer. Fænomenerne kan omfatte supernovaeksplosioner og andre stjerneudbrud.

I dette særlige tilfælde, opfølgende observationer udført med mere end 50 teleskoper verden over afslørede, at kilden – siden da hed Gaia16aye – opførte sig på en ret mærkelig måde.

"Vi så stjernen blive lysere og lysere og derefter, inden for en dag, dens lysstyrke faldt pludselig, siger Lukasz Wyrzykowski fra Astronomical Observatory ved Warszawa Universitet, Polen, som er en af ​​forskerne bag Gaia Photometric Science Alert-programmet.

"Dette var en meget usædvanlig opførsel. Næppe nogen form for supernova eller anden stjerne gør dette."

Lukasz og samarbejdspartnere indså hurtigt, at denne oplysning var forårsaget af gravitationel mikrolinsing - en effekt forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori, forårsaget af bøjning af rumtiden i nærheden af ​​meget massive objekter, som stjerner eller sorte huller.

Når et så massivt objekt, som kan være for svag til at kunne observeres fra Jorden, passerer foran en anden, fjernere lyskilde, dens tyngdekraft bøjer rumtidens stof i dens nærhed. Dette forvrænger banen for lysstråler, der kommer fra baggrundskilden - og opfører sig i det væsentlige som et gigantisk forstørrelsesglas.

Gaia16aye er den anden hændelse med mikroobjektiver, der er opdaget af ESA's stjerneinspektør. Imidlertid, astronomerne bemærkede, at det opførte sig mærkeligt selv for denne type begivenhed.

"Hvis du har en enkelt linse, forårsaget af et enkelt objekt, der ville bare være en lille, konstant stigning i lysstyrken, og så ville der være et jævnt fald, når linsen passerer foran den fjerne kilde og derefter bevæger sig væk, " siger Lukasz.

"I dette tilfælde, ikke kun faldt stjernens lysstyrke kraftigt snarere end jævnt, men efter et par uger lyste det op igen, hvilket er meget usædvanligt. I løbet af de 500 dages observation, vi har set det lysne op og falde fem gange."

Dette pludselige og skarpe fald i lysstyrken antydede, at den gravitationslinse, der forårsagede lysstyrken, må bestå af et binært system - et par stjerner, eller andre himmellegemer, bundet til hinanden af ​​gensidig tyngdekraft.

De kombinerede gravitationsfelter af de to objekter producerer en linse med et ret indviklet netværk af områder med høj forstørrelse. Når en baggrundskilde passerer gennem sådanne områder på himlens plan, den lyser, og dæmpes derefter umiddelbart efter at du forlader den.

Fra mønsteret af efterfølgende lysere og dæmpninger, astronomerne var i stand til at udlede, at det binære system roterede i et ret hurtigt tempo.

"Rotationen var hurtig nok, og den samlede mikrolinsebegivenhed var langsom nok til, at baggrundsstjernen kom ind i området med høj forstørrelse, forlod den og indtastede den igen, " siger Lukasz.

Den lange observationsperiode, som varede indtil udgangen af ​​2017, og den omfattende deltagelse af jordbaserede teleskoper fra hele kloden gjorde det muligt for astronomerne at indsamle en stor mængde data - næsten 25.000 individuelle datapunkter.

Ud over, holdet gjorde også brug af snesevis af observationer af denne stjerne indsamlet af Gaia, mens den blev ved med at scanne himlen gennem månederne. Disse data har gennemgået en foreløbig kalibrering og blev offentliggjort som en del af Gaia Science Alerts-programmet.

Fra dette datasæt, Lukasz og hans kolleger var i stand til at lære en masse detaljer om det binære system af stjerner.

"Vi ser slet ikke dette binære system, men fra kun at se de effekter, det skabte ved at fungere som en linse på en baggrundsstjerne, vi kunne fortælle alt om det, " siger medforfatter Przemek Mróz, der var ph.d. studerende ved universitetet i Warszawa, da kampagnen startede, og er i øjeblikket postdoc ved California Institute of Technology.

"Vi kunne bestemme rotationsperioden for systemet, masserne af dets komponenter, deres adskillelse, formen af ​​deres baner - dybest set alt - uden at se lyset af de binære komponenter."

Parret består af to ret små stjerner, med 0,57 og 0,36 gange vores sols masse, henholdsvis. Adskilt af omtrent to gange Jord-sol afstanden, stjernerne kredser om deres fælles massecenter på mindre end tre år.

"Hvis det ikke var for, at Gaia scannede hele himlen og derefter sendte advarslerne med det samme, vi ville aldrig have kendt til denne mikrolinsebegivenhed, siger medforfatter Simon Hodgkin fra University of Cambridge, der leder Gaia Science Alerts-programmet.

"Måske ville vi have fundet det senere, men så var det måske for sent."

Den detaljerede forståelse af det binære system beroede på den omfattende observationskampagne og på det brede internationale engagement, som Gaia16aye-begivenheden tiltrak.

"Vi anerkender de professionelle astronomer, amatørastronomer og frivillige fra hele kloden, der har observeret denne begivenhed:uden dedikation fra alle de mennesker, ville vi ikke have været i stand til at opnå sådanne resultater, " siger Lukasz.

"Mikrolensebegivenheder som denne kan kaste lys over himmellegemer, som vi ellers ikke ville være i stand til at se, " siger Timo Prusti, Gaia Project Scientist hos ESA.

"Vi er glade for, at Gaias opdagelse udløste den observationskampagne, der gjorde dette resultat muligt."

"Fuld Orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye" af L. Wyrzykowski et al er udgivet i Astronomi og astrofysik .