science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe sterren te wegen met zwaartekrachtlenzen

Afbeelding van de PAN-STARRS-telescoop op Hawaï uit begin 2011 met de voorgrondster Ross 322 (blauw vierkant) en de achtergrondster (in het midden van de groene cirkel) die de komende weken door Ross 322 zal worden doorkruist. Tegen de zomer van 2015 Ross 322 was verplaatst naar de positie van de blauwe driehoek (gemeten door Gaia). Vanaf dat moment, het bewoog zich langs de blauw-rode lijn en bevindt zich momenteel dicht bij de positie van de achtergrondster. Krediet:astronomie en astrofysica

Astronomie en astrofysica publiceert de voorspellingen van de passages van voorgrondsterren voor achtergrondsterren. Een team van astronomen, met behulp van ultraprecieze metingen van de Gaia-satelliet, hebben nauwkeurig voorspeld twee passages in de komende maanden. Elke gebeurtenis veroorzaakt verschuivingen in de positie van de achtergrondster als gevolg van de afbuiging van het licht door de zwaartekracht, en zal de meting van de massa van de voorgrondster mogelijk maken, die met andere middelen uiterst moeilijk te bepalen is.

Elke ster in de Melkweg is in beweging. Maar vanwege de afstanden verandert hun positie, de zogenaamde eigen bewegingen, zijn erg klein en kunnen alleen over lange tijdsperioden met grote telescopen worden gemeten. In zeer zeldzame gevallen kan een voorgrondster passeert een ster op de achtergrond, dicht bij elkaar gezien vanaf de aarde. Het licht van deze achtergrondster moet het zwaartekrachtsveld van de voorgrondster passeren waar, in plaats van rechte paden te volgen, de lichtstralen zijn gebogen. Dit is als een lens, behalve hier wordt de afwijking veroorzaakt door de ruimte- en tijdvervorming rond een massief lichaam. Dit effect was een van de hoeksteenvoorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie en is al tientallen jaren geverifieerd in tests van het zonnestelsel. Deze vervorming van het licht door de voorgrondster wordt zwaartekrachtlensing genoemd:het licht van de achtergrondster wordt afgebogen of in een kleinere hoek gefocusseerd, en de ster lijkt helderder. Het belangrijkste effect is de verandering in de schijnbare positie van de ster aan de hemel, omdat de afwijking het lichtcentrum verschuift ten opzichte van andere, verder weg gelegen sterren. Beide effecten hangen maar van één ding af:de massa van het lenslichaam, in dit geval die van de voorgrondster. Dus, zwaartekrachtlensing is een methode om sterren te wegen. Werkelijk, het meten van de massa van sterren die geen deel uitmaken van een dubbelster is anders buitengewoon moeilijk te doen.

Eerder, de moeilijkheid bij deze methode was om de bewegingen van de sterren met voldoende precisie te kunnen voorspellen. De spectaculaire dataset van letterlijk miljarden stellaire posities en eigenbewegingen die onlangs door het ESA Gaia-consortium als Gaia Data Release 2 zijn gepubliceerd, heeft dit onderzoek mogelijk gemaakt. Deze gegevens zijn gebruikt door Jonas Klüter, wie doet een Ph.D. aan de Universiteit van Heidelberg, om te zoeken naar zulke nauwe passages van sterren. Van de vele ontmoetingen die de komende 50 jaar zullen plaatsvinden, er zijn op dit moment twee passages aan de gang:de dichtstbijzijnde hoekscheidingen zullen in de komende weken worden bereikt met meetbare effecten op de posities van de achtergrondsterren. De namen van deze twee voorgrondsterren zijn Luyten 143-23 en Ross 322; ze bewegen door de lucht met schijnbare snelheden van ongeveer 1, 600 en 1, 400 milliboogseconden per jaar, respectievelijk. De dichtstbijzijnde hoekscheidingen tussen voorgrond- en achtergrondsterren zullen plaatsvinden in juli en augustus 2018, respectievelijk, wanneer de schijnbare posities van de achtergrondsterren worden verschoven, dankzij het astrometrische microlenseffect, met 1,7 en 0,8 milliboogseconden. Een milliboogseconde komt overeen met de hoek waaronder een mens die op het oppervlak van de maan ligt, zou worden gezien. Het is een uitdagende taak, maar met de beste telescopen op aarde, deze verplaatsingen van stellaire posities zijn meetbaar.

Als Ross 322 de achtergrondster passeert, het verwachte spoor (dunne groene lijn) zal worden beïnvloed en gewijzigd door zwaartekrachtlenzen. De karakteristieke positieveranderingen die door het zwaartekrachtlenseffect worden veroorzaakt, worden weergegeven als een dikke blauw-dunne rode lijn; de zwarte stippen markeren bepaalde data. De grootste verschuiving tussen de werkelijke positie (blauwrode lijn) en de onverstoorde positie (groene lijn) wordt begin augustus 2018 verwacht. Credit:Astronomy &Astrophysics