Ikar, najodleglejsza jak dotąd odkryta samotna gwiazda

Ikar to ogromna, samotna, niebieska gwiazda, która leży najdalej spośród do tej pory obserwowanych. Normalnie byłaby zbyt słaba, aby można było ją zaobserwować nawet przez największe teleskopy. Jednak dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego jej światło zostało znacznie wzmocnione, przez co astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a byli w stanie wskazać gwiazdę oraz ustalić nowy rekord odległości. Wykorzystali także Ikara do przetestowania teorii ciemnej materii oraz do badania charakterystyki gromady galaktyk pierwszego planu.

Gwiazda, żyjąca w odległej galaktyce spiralnej, znajduje się tak daleko, że światło od niej potrzebuje 9 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. To oznacza, że widzimy ją w czasie, gdy Wszechświat miał ⅓ swojego obecnego wieku.

Odkrycie Ikara dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu zapoczątkowało nowy sposób, w jaki astronomowie mogą badać pojedyncze gwiazdy w odległych galaktykach. Obserwacje te dostarczają rzadkiego, szczegółowego spojrzenia na ewolucję gwiazd, szczególnie tych świecących najjaśniej.

Grawitacja z masywnej gromady galaktyk znajdującej się między nami a obserwowanym obiektem działa jak naturalna soczewka w kosmosie, zakrzywiając i wzmacniając jego blask. Czasami światło z jednego obiektu tła pojawia się jako kilka obrazów. Może ono być znacznie spotęgowane, co sprawia, że bardzo słabe i odległe obiekty stają się wystarczająco jasne, by je zobaczyć. 

W przypadku Ikara naturalne „szkło powiększające” jest wytworzone przez gromadę galaktyk o nazwie MACS J1149+2223. Znajduje się ona około 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi i leży dokładnie pomiędzy nami a galaktyką, która zawiera odległe gwiazdy. Łącząc siłę tej soczewki grawitacyjnej z wyjątkową rozdzielczością oraz czułością teleskopu Hubble’a, astronomowie mogą zobaczyć i zbadać Ikara.

Astronomowie nazwali gwiazdę „Ikar” za grecką mitologiczną postacią Ikara lecącego zbyt blisko słońca na skrzydłach z piór i wosku, które się stopiły (jej oficjalna nazwa to MACS J1149+2223 gwiazda soczewkowana 1). Podobnie jak mitologiczny Ikar, gwiazda tła miała tylko przelotną sławę widoczności z Ziemi: chwilowo osiągnęła 2000 razy bardziej wzmocnioną jasność.

Modele sugerują, że ogromne rozjaśnienie wynikało prawdopodobnie z grawitacyjnego wzmocnienia blasku przez gwiazdę o masie naszego Słońca znajdującej się w galaktyce soczewkującej, gdy przeszła ona przed Ikarem. Światło gwiazdy jest zwykle wzmacniane około 600x ze względu na masę gromady soczewkującej.

Zespół wykorzystał teleskop Hubble’a do monitorowania supernowej w odległej galaktyce spiralnej w 2016 r., gdy zauważył nowy świetlny punkt niedaleko od wzmocnionej supernowej. Z pozycji nowego źródła wywnioskowali, że musi on być znacznie bardziej wzmocniony, niż supernowa.

Gdy przeanalizowali barwy światła pochodzącego z tego obiektu okryli, że jest to niebieski nadolbrzym. Gwiazdy tego typu są znacznie większe, masywniejsze, gorętsze i być może także setki tysięcy razy jaśniejsze, niż Słońce. Jednak bez wzmocnienia soczewką, nadal byłyby niewidoczne, nawet dla Hubble’a.

Skąd astronomowie wiedzieli, że Ikarus nie jest kolejną supernową? „Źródło nie robi się coraz bardziej gorące. Nie eksploduje. Światło jest po prostu wzmocnione. Tego właśnie oczekujemy od soczewek grawitacyjnych” – powiedział kierownik badań Patrick Kelly z Uniwersytetu Minnesota.

Wykrycie wzmocnienia pojedynczej gwiazdy tła stanowiło wyjątkową okazję do przetestowania natury ciemnej materii w gromadzie. Ciemna materia jest niewidzialnym materiałem, który stanowi większość masy Wszechświata.

Badając to, co unosi się w pierwszoplanowej gromadzie, naukowcy byli w stanie przetestować jedną z teorii, że ciemna materia może składać się głównie z ogromnej liczby pierwotnych czarnych dziur powstałych w czasie narodzin Wszechświata, o masach dziesiątki razy większych, niż Słońce. Wyniki tego wyjątkowego testu nie sprzyjają hipotezom, ponieważ fluktuacje światła od gwiazdy tła, monitorowane przez Hubble’a w ciągu 13 lat, wyglądałyby inaczej, gdyby istniał rój ingerujących czarnych dziur. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Hubble Uncovers the Farthest Star Ever Seen

Źródło: hubblesite

Na zdjęciu: Ikar, oficjalnie nazwana MACS J1149 + 2223 Lensed Star 1, to najdalszą pojedyncza gwiazda, jaką kiedykolwiek widziano. Źródło: NASA, ESA oraz P. Kelly (University of Minnesota)