Bij het bestuderen van de verste objecten in het heelal vertrouwen astronomen vaak op een techniek die bekend staat als Gravitational Lensing. Gebaseerd op de principes van Einsteins Theorie van Algemene Relativiteit, houdt deze techniek in dat we vertrouwen op een grote verspreiding van materie (zoals een sterrenstelselcluster of ster) om het licht dat van een ver verwijderd object komt te vergroten, waardoor het er helderder en groter uitziet.
Deze techniek heeft het mogelijk gemaakt om individuele sterren in verre sterrenstelsels te bestuderen. In een recent onderzoek gebruikte een internationaal team van astronomen een melkwegcluster om de verste individuele ster ooit in het heelal te bestuderen. Hoewel het normaal gesproken te zwak is om te observeren, stelde de aanwezigheid van een cluster van voorgrondstelsels het team in staat de ster te bestuderen om een theorie over donkere materie te testen.
De studie die hun onderzoek beschrijft, verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurastronomie onder de titel "Extreme vergroting van een individuele ster bij roodverschuiving 1.5 door een melkwegclusterlens". De studie werd geleid door Patrick L. Kelly, een assistent-professor aan de Universiteit van Minnesota, en omvatte leden van de Las Cumbres Observatory, de National Optical Astronomical Observatory, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) en meerdere universiteiten en onderzoeksinstellingen.
Voor hun studie gebruikten prof. Kelly en zijn medewerkers de cluster van sterrenstelsels die bekend staat als MACS J1149 + 2223 als hun lens. Deze cluster van melkwegstelsels bevindt zich op ongeveer 5 miljard lichtjaar van de aarde en bevindt zich tussen het zonnestelsel en de melkweg die Icarus bevat. Door de resolutie en gevoeligheid van Hubble te combineren met de kracht van deze zwaartekrachtlens, kon het team Icarus, een blauwe reus, zien en bestuderen.
Icarus, genoemd naar de Griekse mythologische figuur die te dicht bij de zon vloog, heeft een nogal interessante geschiedenis gehad. Op een afstand van ongeveer 9 miljard lichtjaar van de aarde lijkt de ster ons zoals hij deed toen het heelal nog maar 4,4 miljard jaar oud was. In april 2016 lichtte de ster tijdelijk op tot 2000 keer zijn normale helderheid dankzij de zwaartekrachtsversterking van een ster in MACS J1149 + 2223.
Zoals prof. Kelly uitlegde in een recent UCLA-persbericht, hierdoor kon Icarus tijdelijk voor het eerst zichtbaar worden voor astronomen:
"Je kunt individuele sterrenstelsels zien, maar deze ster is minstens 100 keer verder weg dan de volgende individuele ster die we kunnen bestuderen, behalve supernova-explosies."
Kelly en een team van astronomen hadden gebruik gemaakt Hubble en MACS J1149 + 2223 om een supernova in het verre spiraalstelsel te vergroten en te volgen op het moment dat ze het nieuwe lichtpunt, niet ver daarvandaan, zagen. Gezien de positie van de nieuwe bron, bepaalden ze dat deze veel sterker zou moeten worden uitvergroot dan de supernova. Bovendien hadden eerdere studies van dit sterrenstelsel de lichtbron niet laten zien, wat erop duidde dat er een lens op werd geplaatst.
Zoals Tommaso Treu, een professor in natuurkunde en astronomie aan het UCLA College en co-auteur van de studie, aangaf:
“De ster is zo compact dat hij als een gaatje fungeert en een zeer scherpe lichtstraal geeft. De straal schijnt door de voorgrondcluster van sterrenstelsels en doet dienst als een kosmisch vergrootglas ... Het vinden van meer van dergelijke gebeurtenissen is erg belangrijk om vooruitgang te boeken in ons begrip van de fundamentele samenstelling van het universum.
In dit geval bood het licht van de ster een unieke gelegenheid om een theorie te testen over de onzichtbare massa (ook bekend als 'donkere materie') die het heelal doordringt. Kortom, het team gebruikte de uiterst precieze lichtbron van de achtergrondster om de tussenliggende melkwegcluster te onderzoeken en te kijken of deze enorme aantallen primordiale zwarte gaten bevatte, die worden beschouwd als een potentiële kandidaat voor donkere materie.
Aangenomen wordt dat deze zwarte gaten zijn gevormd tijdens de geboorte van het heelal en een massa hebben die tientallen keren groter is dan de zon. De resultaten van deze test lieten echter zien dat lichtschommelingen van de achtergrondster, die was gevolgd door Hubble dertien jaar lang deze theorie niet. Als donkere materie inderdaad uit kleine zwarte gaten bestond, zou het licht van Icarus er heel anders hebben uitgezien.
Sinds het in 2016 werd ontdekt met behulp van de gravitationele lensmethode, heeft Icarus astronomen een nieuwe manier geboden om individuele sterren in verre sterrenstelsels te observeren en te bestuderen. Door dit te doen, kunnen astronomen een zeldzame en gedetailleerde kijk krijgen op individuele sterren in het vroege heelal en zien hoe ze (en niet alleen sterrenstelsels en clusters) zich in de loop van de tijd hebben ontwikkeld.
Wanneer de James Webb Space Telescope (JWST) wordt ingezet in 2020, astronomen verwachten een nog betere kijk te krijgen en zoveel meer te leren over deze mysterieuze periode in de kosmische geschiedenis.
