Międzynarodowy zespół badawczy, w tym astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, wyznaczył z dużą dokładnością masę niewidocznego obiektu, wykorzystując do tego celu zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
18 kwietnia 2019 roku sonda kosmiczna Gaia zaalarmowała astronomów na całym świecie o niezwykle jasnym, ale ulotnym zdarzeniu na niebie: mikrosoczewkowaniu grawitacyjnym Gaia19bld. Tymczasowe, przypadkowe wyrównanie między dwoma niepowiązanymi układami gwiezdnymi dało bliźniacze obrazy gwiazd tła, a także pierwszą okazję naukowcom do rzeczywistej obserwacji obrazów w kształcie łuku poruszających się w czasie rzeczywistym, odblokowując kluczowe informacje. Dalsze obserwacje fotometryczne i spektroskopowe wykonane przez instrumenty Las Cumbres Observatory (LCO) pozwoliły określić rozdzielczość kątową między łukami. Równolegle, instrument PIONIER w interferometrze Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) obserwował ewoluujące w czasie obrazy podczas szczytu zdarzenia. Połączenie wszystkich tych danych po raz pierwszy umożliwiło wyznaczenie masy obiektu z mikrosoczewkami z niespotykaną dotąd dokładnością.
Mikrosoczewkowanie grawitacyjne jest potężną techniką służącą do pomiaru masy izolowanych, słabych lub nieświecących obiektów w Drodze Mlecznej. W mikrosoczewkowaniu galaktycznym, masywny obiekt na pierwszym planie („soczewka”) przecina linię patrzenia na gwiazdę tła i dzieli jej obraz w kształcie dysku na wiele zniekształconych obrazów. Rozdzielenie tych obrazów w przypadku soczewek o masie gwiazdowej jest tak małe, że astronomowie zazwyczaj nie są w stanie ich rozróżnić, mierząc zamiast tego ogólny wzrost całkowitego światła otrzymanego ze źródła (tzw. powiększenie), w miarę jak układy gwiazdowe ustawiają się w jednej linii, a następnie wychodzą poza nią. Wyraźne obrazy wytworzone przez soczewkę gwiazdową zostały wykryte wcześniej tylko raz, ale ich ruch w czasie rzeczywistym nie został dotąd zaobserwowany, mimo że był przewidziany kilkadziesiąt lat wcześniej. Ponieważ mikrosoczewkowanie nie opiera się na świetle emitowanym przez same soczewki, może być wykorzystywane do odkrywania odległych planet (nawet tych bez gwiazdy macierzystej), słabych brązowych i białych karłów, a także gwiazd neutronowych i czarnych dziur o masie gwiazdowej.
W większości przypadków do dokładnego zmierzenia masy mikrosoczewki potrzebne jest połączenie obserwacji fotometrycznych i spektroskopowych.
W artykule opublikowanym w „Astronomy & Astrophysics”, dr Etienne Bachelet z LCO opisuje wykorzystanie obserwacji spektroskopowych i obrazowania z LCO do obliczenia masy i odległości do soczewki Gaia19bld. Podczas tego wydarzenia uzyskano zarówno spektroskopię o niskiej, jak i wysokiej rozdzielczości z wielu miejsc na całym świecie. W badaniach uczestniczyli również astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.
Gaia19bld jest spektakularnym pokazem możliwości płynących z wieloaspektowych obserwacji zjawiska mikrosoczewkowania. Wykorzystując dwa satelity kosmiczne, teleskopy naziemne, sieć mniejszych teleskopów, spektroskopię wysokiej rozdzielczości oraz pomiary interferometryczne, udało się dokładnie scharakteryzować soczewkę i źródło, co nie byłoby możliwe przy użyciu żadnego z tych kanałów osobno.
Postanowiliśmy dokładnie przyjrzeć się temu zjawisku, nazwanemu Gaia19bld, licząc na bardzo silne wzmocnienie sygnału w najbliższych dniach. Skierowaliśmy na gwiazdę teleskopy naziemne, znajdujące się na różnych kontynentach oraz teleskop kosmiczny Spitzera – mówi Krzysztof Rybicki, doktorant z OA UW, główny autor analizy oraz jednej z publikacji na temat zjawiska Gaia19bld.
Ta praca pokazuje potencjał spektroskopowej obserwacji zdarzeń mikrosoczewkowania. Pozwala ona na precyzyjną charakterystykę parametrów gwiazdy źródłowej, które mają kluczowe znaczenie dla odkrycia fizycznych właściwości ukrytego układu soczewkującego. Jest to szczególnie przydatne w przypadku zdarzeń w dysku galaktycznym, gdzie odległość do źródła i stopień jego przyciemnienia przez pył nie są dobrze znane. Oczekuje się, że metody opisane w tej pracy będą rutynowo stosowane w erze nowej generacji przeglądów całego nieba, które są obecnie opracowywane. W szczególności przegląd Legacy Survey of Space and Time będzie wykrywał tysiące zdarzeń każdego roku, które będą wymagały monitorowania spektroskopowego w celu lepszego scharakteryzowania ich własności i ostatecznie zwiększy nasze rozumienie słabych obiektów w całej Drodze Mlecznej.
Jak dodaje Krzysztof Rybicki: Udało nam się po raz pierwszy zarejestrować nie tylko osobne, dwa obrazy źródła, ale też ich zmianę położenia podczas zjawiska soczewkowania. Taki efekt wynika wprost z Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina i został przewidziany ponad 30 lat temu przez profesora Bohdana Paczyńskiego, wybitnego polskiego astronoma i absolwenta UW.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- LCO Scientists Confirm the Discovery of the First Moving Microlensing Arcs
- Single-lens mass measurement in the high-magnification microlensing event Gaia19bld located in the Galactic disc
- A spectroscopic follow-up for Gaia19bld
- Jak zważyć obiekt, którego nie widać?
- Polscy astronomowie „zważyli” niewidoczny obiekt w kosmosie
Źródło: LCO
Na ilustracji: Obraz galaktyki eliptycznej LRG 3-757, przykład światła galaktyki zniekształconego przez soczewkowanie grawitacyjne. Źródło: ESA/Hubble, NASA.
