Terwijl we de hemel aftasten om de positie van meer dan een miljard sterren in onze Melkweg te meten, ESA's Gaia-satelliet heeft twee zeldzame gevallen gedetecteerd van sterren waarvan het licht tijdelijk werd versterkt door andere hemellichamen die over hun gezichtslijnen gingen. Een van deze sterren zal naar verwachting binnenkort weer helder worden. Gaia's metingen zullen een hulpmiddel zijn om meer te weten te komen over de aard van deze 'kosmische vergrootglazen'.

De twee gebeurtenissen werden geïdentificeerd in juli en augustus 2016, respectievelijk, door het Gaia Photometric Science Alerts-team, die de Gaia-gegevens onderzoeken op zoek naar astronomische bronnen die, voor een korte periode, veel helderder dan normaal.

Tot dusver, het team heeft meer dan duizend tijdelijke bronnen gedetecteerd, waarvan de meeste sterren zijn die een grote uitbarsting ondergaan, of supernova-explosies aan het einde van het leven van een ster. De ontdekkingen worden nu routinematig aangekondigd aan de astronomische gemeenschap, via de Gaia Photometric Science Alerts-website, zodat andere astronomen kunnen volgen, Tijdig, met andere telescopen.

In zeldzame gevallen, er is ook een ander fenomeen dat een plotselinge verhoging van de helderheid van een ster kan veroorzaken:de zwaartekracht van andere hemellichamen die toevallig tussen de ster en de waarnemer passeren.

Volgens de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, zwaartekracht veroorzaakt massieve objecten – zoals sterren, planeten, sterrenstelsels of zwarte gaten - om het weefsel van ruimtetijd te buigen. Dit vervormt ook de paden van lichtstralen die in de buurt passeren.

Als zo'n massief object precies is uitgelijnd tussen een verre lichtbron en een waarnemer, het werkt als een zwaartekrachtlens, en de waarnemer kan een dramatische toename (en daaropvolgende afname) van de helderheid van de bron zien - net zoals wanneer we iets door een vergrootglas waarnemen. Dit fenomeen wordt gravitationele microlensing genoemd.

"Microlensing van sterren in onze Melkweg is erg handig om objecten op te graven die geen licht uitstralen, zoals zwarte gaten, maar kan nog steeds het licht van achtergrondsterren vervormen, " legt Łukasz Wyrzykowski uit, van het Astronomisch Observatorium van de Universiteit van Warschau, Polen, en lid van het Gaia Photometric Science Alerts-team.

"Sterren, meerdere stellaire systemen en zelfs planetaire systemen kunnen fungeren als zwaartekrachtlenzen, elk geeft aanleiding tot een ander patroon van variaties in de helderheid van de achtergrondster."

Gaia's eerste detectie van een dergelijke gebeurtenis, geclassificeerd als Gaia16aua en bijgenaamd door het team Auala, na een klein dorpje in Samoa, is een zwakke ster van magnitude 19 die plotseling twee magnitudes helderder werd. De helderheidstoename en daaropvolgende afname werden onafhankelijk waargenomen, zowel door Gaia als door het op de grond gebaseerde Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). De waarnemingen op de grond leverden een langere en dichtere basislijn van gegevens op, wat bevestigt dat de door Gaia waargenomen helderheidsvariaties in feite werden veroorzaakt door een microlens-gebeurtenis.

Het effect van zwaartekrachtlenzen hangt af van de massa van de lens – en ook van de relatieve afstanden tussen bron, lens en waarnemer. In het geval van een bijna perfecte uitlijning tussen de bron, lens en waarnemer, de helderheid van de achtergrondster neemt toe en zijn positie aan de hemel lijkt enigszins verschoven. Door deze beide kleine effecten te meten, het is mogelijk om de massa te schatten van het onzichtbare object dat als lens fungeert.

Wat het speciaal maakt om microlensing-evenementen met Gaia te vinden, een missie waarvan het wetenschappelijke doel is om sterrenposities aan de hemel te meten tot ongekende nauwkeurigheid, is dat astronomen in staat zullen zijn om de beweging van de bron aan de hemel te meten, aangezien de helderheid varieert als gevolg van zwaartekrachtlensing.

"Door Gaia's informatie over de veranderingen in positie van de achtergrondster te combineren met gegevens op de grond van zijn helderheidsvariaties, we zullen in staat zijn om de massa van het object dat zijn licht heeft afgebogen met zeer goede precisie te schatten, " legt Timo Prusti uit, Gaia-projectwetenschapper bij ESA.

"De lens kan in dit geval een ster of een zwart gat zijn, en verdere analyse zal het leren."

Gaia's tweede microlensing-evenement, geclassificeerd als Gaia16aye en bijgenaamd Ayers Rock naar de beroemde bezienswaardigheid in Australië, is misschien nog intrigerender. Na de eerste ontdekking door Gaia van een abnormale toename van de helderheid van deze ster van magnitude 14,5 afgelopen augustus, astronomen begonnen het te observeren met veel telescopen op de grond, onthullend een nogal eigenaardig patroon van helderheidsvariaties.

In plaats van een enkele stijging en daling, de ster heeft twee opeenvolgende helderheidspieken ondergaan van ongeveer twee magnitudes, werd daarna een paar weken zwakker. Het vertoonde later een sterke toename tot magnitude 12 en daalde snel weer.

"Dit ingewikkelde patroon suggereert dat de ster niet wordt gelensd door een enkel object, maar eerder door een dubbelstersysteem, " zegt Przemek Mróz, een promovendus aan het Astronomisch Observatorium van Warschau.

Verwacht wordt dat de helderheid van de ster de komende weken een laatste stijging zal ondergaan, enkele uren rond magnitude 12, en frequente waarnemingen worden momenteel uitgevoerd door professionele en amateurastronomen over de hele wereld. Wyrzykowski en zijn collega's kijken uit naar meer waarnemers, inclusief scholen met kleine telescopen, toetreden tot de laatste fase van deze monitoringcampagne.

De volledige dataset, samen met Gaia's schatting van de positie van de ster, zal instrumenteel zijn om de massa en de aard van de voorgrondlens te onthullen.

De astronomen denken dat de boosdoener hoogstwaarschijnlijk een dubbelstersysteem is, maar het is ook mogelijk dat een planeet, of zelfs een zwart gat, maken deel uit van het systeem.

Een andere bijzonderheid is dat beide door Gaia gevonden sterren met een lens zich in de spiraalarmen van ons Melkwegstelsel bevinden - iets dat uiterst zeldzaam is.

"Microlensing gebeurt voor één op de miljoen sterren wanneer we naar het Galactische Centrum kijken, maar slechts ongeveer eens op de honderd miljoen voor spiraalarmsterren, " legt Wyrzykowski uit.

"We hadden enorm veel geluk om deze twee evenementen te vinden, " voegt Simon Hodgkin toe, hoofd van het Gaia Photometric Science Alerts Team van het Institute of Astronomy in Cambridge, VK.

In de afgelopen paar decennia, astronomen hebben regelmatig de microlensing van sterren geobserveerd met behulp van telescopen op aarde, wat leidde tot veel bevindingen, waaronder de ontdekking van verschillende exoplaneten.

Terwijl op de grond gebaseerde onderzoeken alleen individuele delen van de lucht kunnen volgen, Gaia kan deze gebeurtenissen nu over de hele hemelbol detecteren, en de combinatie van verschillende gegevens verzameld uit de grond en de ruimte zou meer informatie kunnen onthullen over de aard van deze kosmische lenzen.

Na meer dan twee jaar van Gaia wetenschappelijke operaties, het Photometric Science Alerts Team heeft zeer efficiënte algoritmen ontwikkeld om voorbijgaande gebeurtenissen te detecteren, en zijn van plan deze verder te verfijnen om de efficiëntie van microlensdetectie te verbeteren.