Niewidoczny obiekt, którego masa jest prawdopodobnie większa od masy Słońca, „zważyli” z zaskakująco dużą dokładnością naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Dokonali tego dzięki zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
Uniwersyteccy astronomowie zwrócili uwagę na nietypowe pojaśnienie pewnej gwiazdy w codziennej porcji danych zaobserwowanych przez europejską misję kosmiczną Gaia 18 kwietnia 2019 roku. Postanowili dokładnie przyjrzeć się temu zjawisku, nazwanemu Gaia19bld, licząc na bardzo silne wzmocnienie sygnału w kolejnych dniach. W tym celu skierowali na gwiazdę teleskopy naziemne, znajdujące się na różnych kontynentach oraz teleskop kosmiczny Spitzera NASA, który krąży wokół Słońca w znacznej odległości od Ziemi.
Przypuszczali, że możliwe będzie zarejestrowanie zmian struktury obrazów źródła światła (gwiazdy) w zjawisku mikrosoczewkowania, które − choć dobrze określone teoretycznie − nigdy dotąd nie zostały bezpośrednio zaobserwowane. Zjawisko to zachodzi, gdy pomiędzy odległą gwiazdą a obserwatorem znajdzie się obiekt o niezerowej masie (najczęściej będący inną gwiazdą). W takiej sytuacji może on zadziałać jak soczewka, wzmacniając sygnał pochodzący od źródła, co skutkuje jego pojaśnieniem.
Przewidzieliśmy jak duże i szerokie będzie maksimum pojaśnienia. W porozumieniu z innymi astronomami, przede wszystkim z naszymi współpracownikami z paryskiej Sorbony oraz Uniwersytetu w Heidelbergu, zaplanowane zostały obserwacje na największych teleskopach świata. 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 prof. Bohdana Paczyńskiego, wybitnego polskiego astronoma i absolwenta UW − wyjaśnia Krzysztof Rybicki, doktorant z OAUW, główny autor analizy oraz jednej z publikacji na temat zjawiska Gaia19bld.
Gwiazda czy czarna dziura?
Dzięki obserwacjom z teleskopów znajdujących się w Afryce, Australii i Ameryce Południowej oraz zaangażowaniu wielu obserwatorów z całego globu, astronomowie zebrali liczne i bardzo precyzyjne dane, dzięki którym dokładnie określili masę ciemnego obiektu, zwanego soczewką, który powoduje pojaśnienie odległej gwiazdy.
Zmierzyliśmy z dużą dokładnością, że odkryty ciemny obiekt jest nieco bardziej masywny niż Słońce, wciąż jednak nie jesteśmy pewni czym jest – zaznacza prof. Łukasz Wyrzykowski, kierownik grupy działającej w Obserwatorium Astronomicznym UW, odpowiedzialnej za organizację sieci naziemnych teleskopów, badających zjawiska wykryte przez satelitę Gaia.
Dodaje, że jeśli jest on zwykłą gwiazdą, to dowiemy się o tym za kilka lat, kiedy źródło i soczewka rozdzielą się na niebie. Alternatywną wersją jest obiekt bardziej egzotyczny, czyli gwiazda neutronowa lub czarna dziura.
Wydaje się jednak, że soczewka w zjawisku Gaia19bld ma zbyt małą masę, aby ten drugi scenariusz mógł być prawdziwy. Niemniej jednak dzięki metodzie soczewkowania grawitacyjnego zyskujemy narzędzie do wykrycia czarnych dziur w innych podobnych zjawiskach – wyjaśnia prof. Wyrzykowski.
Obserwacje bez przerwy
Pojaśnienie gwiazdy-źródła, dzięki któremu zbadano tajemniczy ciemny obiekt, było obserwowane przez niemal rok przez teleskopy różnej klasy. W monitoringu brały udział zarówno teleskopy kosmiczne należące do największych agencji, jak Gaia (Europejska Agencja Kosmiczna) i Spitzer (NASA), jak i teleskopy naziemne różnej wielkości: od niewielkich, robotycznych teleskopów operowanych przez miłośników astronomii, po 8-metrowe teleskopy, które należą do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Kluczowe dane zostały również zebrane przez polski projekt OGLE, wykorzystujący Teleskop Warszawski, który znajduje się w Chile.
To doskonały przykład współpracy między różnymi agencjami kosmicznymi, ale także pomiędzy naukowcami a miłośnikami astronomii. Coraz częściej znaczące odkrycia astronomiczne są wynikiem pracy wielu grup badawczych z wykorzystaniem instrumentów zlokalizowanych w różnych miejscach. To zapewnia możliwość obserwacji zjawisk bez przerwy, bo zawsze w którymś z obserwatoriów panują odpowiednie warunki obserwacyjne − zwraca uwagę prof. Wyrzykowski.
Wyniki badań warszawskich astronomów zostały opublikowane w trzech artykułach naukowych, w czasopismach „Nature Astronomy” oraz „Astronomy & Astrophysics”. Prace polskiego zespołu są finansowane z grantów Narodowego Centrum Nauki oraz przez Komisję Europejską z programu Horyzont 2020.
źródło: UW