Een wereldwijde observatiecampagne van 500 dagen, die meer dan drie jaar geleden werd geleid door Gaia, de krachtpatser van ESA voor het in kaart brengen van sterrenstelsels, heeft ongekende inzichten opgeleverd in het dubbelstersysteem dat een ongewone verheldering van een nog verder weg gelegen ster veroorzaakte.

Het oplichten van de ster, gelegen in het sterrenbeeld Zwaan, werd voor het eerst opgemerkt in augustus 2016 door het Gaia Photometric Science Alerts-programma.

Dit systeem, onderhouden door het Institute of Astronomy van de Universiteit van Cambridge, VK, scant dagelijks de enorme hoeveelheid gegevens die van Gaia komen en waarschuwt astronomen voor het verschijnen van nieuwe bronnen of ongebruikelijke helderheidsvariaties in bekende, zodat ze snel andere telescopen op de grond en in de ruimte kunnen richten om ze in detail te bestuderen. De verschijnselen kunnen supernova-explosies en andere stellaire uitbarstingen omvatten.

In dit specifieke geval, vervolgobservaties uitgevoerd met meer dan 50 telescopen wereldwijd onthulden dat de bron - sindsdien Gaia16aye genoemd - zich op een nogal vreemde manier gedroeg.

"We zagen de ster steeds helderder worden en toen, binnen een dag, zijn helderheid viel plotseling weg, " zegt Lukasz Wyrzykowski van het Astronomisch Observatorium van de Universiteit van Warschau, Polen, die een van de wetenschappers is achter het Gaia Photometric Science Alert-programma.

"Dit was een zeer ongewoon gedrag. Bijna geen enkel type supernova of andere ster doet dit."

Lukasz en medewerkers realiseerden zich al snel dat deze verheldering werd veroorzaakt door gravitationele microlensing - een effect dat werd voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, veroorzaakt door het buigen van ruimtetijd in de buurt van zeer massieve objecten, zoals sterren of zwarte gaten.

Wanneer zo'n massief object, die misschien te zwak is om vanaf de aarde te worden waargenomen, passeert voor een ander, verder weg gelegen lichtbron, zijn zwaartekracht buigt het weefsel van ruimtetijd in zijn omgeving. Dit vervormt het pad van lichtstralen die afkomstig zijn van de achtergrondbron - zich in wezen gedragen als een gigantisch vergrootglas.

Gaia16aye is de tweede microlens-gebeurtenis die is gedetecteerd door de sterrenonderzoeker van ESA. Echter, de astronomen merkten dat het zich zelfs voor dit soort gebeurtenissen vreemd gedroeg.

"Als je een enkele lens hebt, veroorzaakt door een enkel object, er zou maar een kleine, gestage toename van de helderheid en dan zou er een geleidelijke afname zijn als de lens voor de verre bron passeert en vervolgens weggaat, ' zegt Lukasz.

"In dit geval, niet alleen daalde de helderheid van de ster scherp in plaats van vloeiend, maar na een paar weken klaarde het weer op, wat heel ongebruikelijk is. Gedurende de 500 dagen van observatie, we hebben het vijf keer zien opfleuren en achteruit zien gaan."

Deze plotselinge en scherpe daling van de helderheid suggereerde dat de zwaartekrachtlens die de verheldering veroorzaakt, moet bestaan ​​uit een dubbelstersysteem - een paar sterren, of andere hemellichamen, door onderlinge zwaartekracht aan elkaar gebonden.

De gecombineerde zwaartekrachtvelden van de twee objecten produceren een lens met een nogal ingewikkeld netwerk van gebieden met een hoge vergroting. Wanneer een achtergrondbron door dergelijke gebieden aan de hemel gaat, het licht op, en wordt dan onmiddellijk gedimd bij het verlaten.

Uit het patroon van opeenvolgende verhelderingen en verduisteringen, de astronomen konden afleiden dat het binaire systeem in een vrij snel tempo roteerde.

"De rotatie was snel genoeg en de algehele microlens-gebeurtenis langzaam genoeg dat de achtergrondster het gebied met hoge vergroting binnenging, verliet het en ging er toen weer in, ' zegt Lukasz.

De lange observatieperiode, die duurde tot eind 2017, en de uitgebreide deelname van telescopen op de grond van over de hele wereld stelde de astronomen in staat een grote hoeveelheid gegevens te verzamelen - bijna 25.000 individuele gegevenspunten.

In aanvulling, het team maakte ook gebruik van tientallen waarnemingen van deze ster die door Gaia werden verzameld terwijl hij de lucht in de loop van de maanden bleef scannen. Deze gegevens hebben een voorlopige kalibratie ondergaan en zijn openbaar gemaakt als onderdeel van het Gaia Science Alerts-programma.

Uit deze dataset Lukasz en zijn collega's kwamen veel te weten over het binaire systeem van sterren.

"We zien dit binaire systeem helemaal niet, maar door alleen de effecten te zien die het creëerde door als een lens op een achtergrondster te werken, we konden er alles over vertellen, " zegt co-auteur Przemek Mróz, wie was een Ph.D. student aan de Universiteit van Warschau toen de campagne begon, en is momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan het California Institute of Technology.

"We konden de rotatieperiode van het systeem bepalen, de massa van zijn componenten, hun scheiding, de vorm van hun banen - eigenlijk alles - zonder het licht van de binaire componenten te zien."

Het paar bestaat uit twee vrij kleine sterren, met 0,57 en 0,36 keer de massa van onze zon, respectievelijk. Gescheiden door ongeveer twee keer de afstand aarde-zon, de sterren draaien in minder dan drie jaar rond hun onderlinge massamiddelpunt.

"Als Gaia niet de hele lucht had gescand en de waarschuwingen meteen had verzonden, we zouden nooit geweten hebben van deze microlensing-gebeurtenis, " zegt co-auteur Simon Hodgkin van de Universiteit van Cambridge, die het Gaia Science Alerts-programma leidt.

"Misschien hadden we het later gevonden, maar dan was het misschien te laat geweest."

Het gedetailleerde begrip van het binaire systeem was gebaseerd op de uitgebreide observatiecampagne en op de brede internationale betrokkenheid die het Gaia16aye-evenement trok.

"We erkennen de professionele astronomen, amateurastronomen en vrijwilligers van over de hele wereld die deze gebeurtenis hebben geobserveerd:zonder de toewijding van al die mensen zouden we niet in staat zijn geweest om zulke resultaten te verkrijgen, ' zegt Lukasz.

"Microlensing-gebeurtenissen zoals deze kunnen licht werpen op hemellichamen die we anders niet zouden kunnen zien, " zegt Timo Prusti, Gaia-projectwetenschapper bij ESA.

"We zijn verheugd dat de detectie van Gaia de observatiecampagne heeft geactiveerd die dit resultaat mogelijk heeft gemaakt."

"Full Orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye" door L. Wyrzykowski et al is gepubliceerd in Astronomie en astrofysica .