Dzięki zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego naukowcy związani z kosmiczną misją Gaia mogli zaobserwować nietypowe pojaśnienie podwójnego układu gwiazd w gwiazdozbiorze Łabędzia. Specjalna technika pozwoliła na dokładne zbadanie tego typu niewidocznego obiektu. – Idealnie nadaje się ona do poszukiwań ciemnych soczewek, w szczególności gwiazdowych czarnych dziur – mówi dr hab. Łukasz Wyrzykowski z Obserwatorium Astronomicznego UW.
500 dni trwała kampania obserwacyjna podwójnego układu gwiazd w gwiazdozbiorze Łabędzia. Brało w niej udział ok. 50 teleskopów na całym świecie. W jej trakcie wykonano ok. 25 tysięcy zdjęć. Badania koordynowane przez Obserwatorium Astronomiczne UW opierały się na specjalnej technice obserwacji niewidocznych kosmicznych ciał. Polega ona na badaniu zakrzywienia czasoprzestrzeni wywołanego przez masywne obiekty, takie jak gwiazdy czy całe galaktyki, znajdujące się na linii biegu promieni świetlnych. Takie zakrzywienie może wywołać nagłe i niespodziewane tymczasowe wzmocnienie światła odległych gwiazd. Zjawisko to określa się jako soczewkowanie grawitacyjne, a w przypadku małych skal i gwiazd w naszej Galaktyce – mikrosoczewkowanie.
Praktyczne zastosowania tej metody opracował w l. 80. XX wieku polski astronom pracujący na amerykańskim Uniwersytecie Princeton, Bohdan Paczyński. W ramach projektu OGLE jest ona wykorzystywana już od prawie 30 lat, dzięki czemu odkryto kilkadziesiąt planet i kilka kandydatek na czarne dziury.
Animacja pokazująca start misji Gaia oraz jej funkcjonowanie. Źródło: ESA.
W sierpniu 2016 roku kosmiczna misja Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), w ramach której od 2014 roku regularnie obserwowane jest całe niebo i monitorowane są zmiany jasności i położenia miliardów gwiazd, zarejestrowała nagłe pojaśnienie niepozornej gwiazdki w kierunku gwiazdozbioru Łabędzia. Ta anomalia została wykryta przez system ostrzegania Gaia Science Alerts. Działa on w Instytucie Astronomii na Uniwersytecie w Cambridge, a w jego zaprojektowaniu i zbudowaniu znaczny udział miał dr hab. Łukasz Wyrzykowski z Obserwatorium Astronomicznego UW. – Nasz system od ponad 5 lat codziennie analizuje kilkadziesiąt milionów pomiarów jasności gwiazd i znajduje dziesiątki “alertów”, np. nowych obiektów pojawiających się na niebie (głównie supernowe) lub wzrostów jasności gwiazd, które przez kilka lat zachowywały się normalnie – mówi dr hab. Wyrzykowski.
Zjawisko zaobserwowane w sierpniu 2016 roku zostało nazwane Gaia16aye. Od tamtej pory było nieustannie, z minutową dokładnością obserwowane przez ok. 50 teleskopów na całym świecie. W ramach dwuletniej kampanii zebrano ok. 25 tysięcy zdjęć.
Obserwacje, w których brały udział również teleskopy z Polski (Ostrowik, Suchora, Białków) oraz obserwatorzy-amatorzy, pokazały, że pojaśnienie to było bardzo nietypowe. W przypadku pojedynczego obiektu soczewkującego zmiana blasku światła ma zwykle dzwonowaty kształt z jednym maksimum jasności. W tym wypadku zarejestrowano aż pięć maksimów blasku, w tym niektóre bardzo wysokie i gwałtowne.
Mapa nieba z różnym polem widzenia (powiększeniem). Autorzy: Łukasz Wyrzykowski i Mariusz Gromadzki (OA UW):
– Zdaliśmy sobie sprawę, że mamy tu do czynienia nie z jedną soczewką, ale z układem dwóch obiektów, obracających się z okresem krótszym niż czas trwania zjawiska soczewkowania. Powoduje to nieustanną zmianę konfiguracji soczewkującej, którą musieliśmy uwzględnić w modelu zjawiska – tłumaczy dr Przemysław Mróz z Caltech w USA, a wcześniej doktorant w Obserwatorium Astronomicznym UW.
Dzięki danym z misji Gaia oraz bardzo dokładnym naziemnym obserwacjom astronomowie byli w stanie określić wszystkie parametry układu gwiazd. Zmierzono masy składników (0.57 i 0.36 mas Słońca), okres orbitalny (około 3 lat) oraz separację składników (około 2 razy odległość Ziemia-Słońce), jak również 3D usytuowanie układu w przestrzeni.
– Układ Gaia16aye jest jednym z nielicznych tak szczegółowo zbadanych układów podwójnych gwiazd. Co ważniejsze jednak, nasza technika nie wymaga detekcji światła soczewkujących obiektów, a więc nadaje się idealnie do poszukiwań ciemnych soczewek, w szczególności gwiazdowych czarnych dziur – opowiada dr Wyrzykowski.
Film ze startem misji Gaia. Źródło: ESA.
Poszukiwania czarnych dziur metodą mikrosoczewkowania z wykorzystaniem misji kosmicznej Gaia to główny temat badań prowadzonych przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z Uniwersytetem w Wilnie na Litwie w ramach projektu DAINA, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Natomiast koordynacja obserwacji zjawisk przez sieć teleskopów naziemnych jest prowadzona przez Uniwersytet Warszawski we współpracy z Uniwersytetem w Cambridge w ramach europejskiego grantu OPTICON finansowanego z programu ramowego Horyzont 2020 Unii Europejskiej.