Soczewka grawitacyjna pozwoliła naukowcom zobaczyć najodleglejszą jak dotąd obserwowaną gwiazdę

Najodleglejsza kiedykolwiek obserwowana gwiazda

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryli najodleglejszą jak dotąd obserwowaną gwiazdę. Gorąca błękitna gwiazda istniała zaledwie 4.4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie mówi wiele nowego o formowaniu się i ewolucji gwiazd we wczesnym Wszechświecie, składnikach gromad galaktyk i naturze ciemnej materii.

Międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez Patricka Kelly’ego (Uniwersytet Minnesoty, USA), Jose Diego (Instituto de Fisica de Cantabria, Hiszpania) oraz Stevena Rodneya (Uniwersytet Karoliny Południowej, USA) odkrył odległą gwiazdę w gromadzie galaktyk MACS J1149-2223 w kwietniu 2016 roku. Obserwacje za pomocą Hubble’a prowadzone były w celu wykrycia i śledzenia najnowszej grawitacyjnie soczewkowanej eksplozji supernowej o nazwie Refsdal, gdy nieoczekiwanie kolejne punktowe źródło promieniowania pojaśniało w tej samej galaktyce, w której znajdowała się supernowa.

“Tak samo jak w przypadku eksplozji supernowej Refsdal, promieniowanie emitowane przez tę odległą gwiazdę zostało powiększone na tyle, że stała się ona widoczna dla Hubble’a” mówi Patrick Kelly. “Owa gwiazda jest co najmniej 100 razy dalej niż kolejna pojedyncza gwiazda, którą jesteśmy w stanie badać, za wyjątkiem eksplozji supernowych”.

Obserwowane promieniowanie z nowo odkrytej gwiazdy nazwanej po prostu Lensed Star 1 (LS1) zostało wyemitowane gdy Wszechświat miał zaledwie 30% swojego obecnego wieku, czyli jakieś 4,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie gwiazdy za pomocą Hubble’a możliwe było tylko dlatego, że wyemitowane przez nią światło zostało powiększone 2000 razy.

MACS J1149.5+223

“Gwiazda stała się wystarczająco jasna, aby Hubble mógł ją zaobserwować tylko dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego” tłumaczy Jose Diego. Promieniowanie LS1 zostało powiększone nie tylko przez potężną całkowitą masę gromady galaktyk, ale także przez inny kompaktowy obiekt o masie około trzech mas Słońca, wewnątrz samej gromady galaktyk; wskutek mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

“Odkrycie LS1 pozwala nam dowiedzieć się nowych rzeczy o składnikach gromady galaktyk. Wiemy także, że zjawisko mikrosoczewkowania zostało spowodowane przez gwiazdę, gwiazdę neutronową lub czarną dziurę o masie gwiazdowej” tłumaczy Steven Rodney. LS1 tym samym pozwala astronomom badać gwiazdy neutronowe i czarne dziury, które w innym przypadku są niewidzialne i mogą oni oszacować jak wiele takich ciemnych obiektów istniało w tej gromadzie galaktyk.

Z uwagi na fakt, że gromady galaktyk są jednymi z największych i najmasywniejszych struktur we Wszechświecie, wiedza o ich składnikach powiększa naszą wiedzę o składzie całego Wszechświata. Dotyczy to także nowych informacji o tajemniczej ciemnej materii.

“Jeżeli ciemna materia  przynajmniej w części składa się ze stosunkowo mało masywnych czarnych dziur, jak to niedawno zaproponowano, powinniśmy to dostrzec w krzywej blasku LS1. Nasze obserwacje nie wskazują na możliwość, aby duża część ciemnej materii składała się z pierwotnych czarnych dziur o masie  około 30 mas Słońca” podkreśla Kelly.

Po odkryciu badacze wykorzystali ponownie Hubble’a do  zmierzenia widma LS1. W oparciu o jego analizę, astronomowie uważają, że LS1 to superolbrzym typu B. To wyjątkowo jasne, błękitne gwiazdy o temperaturze powierzchni miedzy 11 000 a 14 000 stopni Celsjusza.

Jednak to nie był koniec. Obserwacje wykonane w październiku 2016 roku pozwoliły na zarejestrowanie drugiego obrazu gwiazdy. “W rzeczywistości byliśmy zdumieni tym, że nie widzieliśmy tego drugiego obrazu we wcześniejszych obserwacjach, bowiem galaktykę, w której gwiazda się znajduje dostrzegliśmy dwukrotnie” komentuje Diego. “Zakładamy, że promieniowanie z drugiego obrazu było odkształcane przez inny poruszający się masywny obiekt – przez co obraz ten skrywał się przed nami. Dopiero gdy masywny obiekt odsunął się z linii wzroku, byliśmy w stanie dostrzec tę gwiazdę”. 

Źródło: Hubble Space Telescope