Dankzij een zeldzame kosmische afstemming, astronomen hebben de verste normale ster ooit waargenomen, zo'n 9 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.

Terwijl astronomen routinematig sterrenstelsels veel verder weg bestuderen, ze zijn alleen zichtbaar omdat ze gloeien met de helderheid van miljarden sterren. En een supernova, vaak helderder dan de melkweg waarin hij zit, kan ook zichtbaar zijn in het hele universum.

Op een afstand van ongeveer 100 miljoen lichtjaar, echter, de sterren in deze sterrenstelsels zijn onmogelijk afzonderlijk te onderscheiden.

Maar een fenomeen dat zwaartekrachtlens wordt genoemd - het afbuigen van licht door massieve clusters van melkwegstelsels in de gezichtslijn - kan het verre heelal vergroten en dimmen, verre objecten zichtbaar. Typisch, lensing vergroot sterrenstelsels tot 50 keer, maar in dit geval de ster was meer dan 2 vergroot, 000 keer. Het werd ontdekt in NASA Hubble Space Telescope-afbeeldingen die eind april 2016 en pas in april 2017 werden gemaakt.

"Je kunt daar afzonderlijke sterrenstelsels zien, maar deze ster is minstens 100 keer verder weg dan de volgende individuele ster die we kunnen bestuderen, behalve voor supernova-explosies, " zei voormalig UC Berkeley postdoctoraal geleerde Patrick Kelly, nu op de faculteit van de Universiteit van Minnesota, Tweeling steden. Kelly is de eerste auteur van een artikel over de ontdekking die deze week voorafgaand aan publicatie in het tijdschrift online verschijnt Natuurastronomie .

De ontdekking van de ster, die astronomen vaak Icarus noemen in plaats van zijn formele naam, MACS J1149 Lensed Star 1 (LS1), lanceert een nieuwe techniek voor astronomen om individuele sterren te bestuderen in sterrenstelsels die zijn gevormd tijdens de vroegste dagen van het universum. Deze waarnemingen kunnen een zeldzaam beeld geven van hoe sterren evolueren, vooral de meest lichtgevende.

"Voor de eerste keer ooit zien we een individuele normale ster - geen supernova, geen gammastraaluitbarsting, maar een enkele stabiele ster - op een afstand van negen miljard lichtjaar, " zei Alex Filippenko, een professor in de astronomie aan UC Berkeley en een van de vele co-auteurs van het rapport. "Deze lenzen zijn verbazingwekkende kosmische telescopen."

Het astronomieteam gebruikte Icarus ook om één theorie van donkere materie te testen en te verwerpen - namelijk dat deze bestaat uit talloze oorspronkelijke zwarte gaten die op de loer liggen in clusters van melkwegstelsels - en om de samenstelling van normale materie en donkere materie in het cluster van melkwegstelsels te onderzoeken.

Einstein-ring

Kelly zag de ster tijdens het observeren van een supernova die hij in 2014 had ontdekt terwijl hij Hubble gebruikte om door een zwaartekrachtlens in het sterrenbeeld Leeuw te kijken. Die supernova, genaamd SN Refsdal ter ere van de overleden Noorse astrofysicus Sjur Refsdal, een pionier op het gebied van zwaartekrachtlensonderzoek, werd door de lens in vier beelden opgesplitst, een enorme melkwegcluster genaamd MACS J1149+2223, ongeveer 5 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.

In de veronderstelling dat Icarus misschien sterker uitvergroot is dan SN Refsdal, Kelly en zijn team analyseerden de kleuren van het licht dat eruit kwam en ontdekten dat het een enkele ster was, een blauwe superreus. Deze ster van het B-type is veel groter, massiever, heter en mogelijk honderdduizenden keren intrinsiek helderder dan onze zon, hoewel nog steeds veel te ver weg om te zien zonder de versterking van zwaartekrachtlenzen.

Door de lens te modelleren, zij concludeerden dat de enorme schijnbare verheldering van Icarus waarschijnlijk werd veroorzaakt door een uniek effect van zwaartekrachtlensvorming. Terwijl een verlengde lens, als een cluster van sterrenstelsels, kan een achtergrondobject slechts tot 50 keer vergroten, kleinere objecten kunnen veel meer vergroten. Een enkele ster in een voorgrondlens, indien nauwkeurig uitgelijnd met een achtergrondster, kan de achtergrondster duizenden keren vergroten. In dit geval, een ster ter grootte van onze zon ging kort door de gezichtslijn tussen de verre ster Icarus en Hubble, het verhogen van de helderheid meer dan 2, 000 keer.

In feite, als de uitlijning perfect was, die ene ster in de cluster veranderde het licht van de verre ster in een "Einstein-ring":een halo van licht die ontstaat wanneer het licht van de verre ster rond alle kanten van de lensende ster buigt. De ring is te klein om van deze afstand te onderscheiden, maar het effect maakte de ster gemakkelijk zichtbaar door zijn schijnbare helderheid te vergroten.

Kelly zag een tweede ster in de Hubble-afbeelding, die ofwel een spiegelbeeld van Icarus zou kunnen zijn, of een andere ster die door de zwaartekracht van een lens wordt voorzien.

"Er zijn overal uitlijningen zoals deze als achtergrondsterren of sterren in lensstelsels bewegen, de mogelijkheid bieden om zeer verre sterren uit het vroege heelal te bestuderen, net zoals we zwaartekrachtlenzen hebben gebruikt om verre sterrenstelsels te bestuderen, Filippenko zei. "Voor dit soort onderzoek, de natuur heeft ons een grotere telescoop gegeven dan we ooit kunnen bouwen!"

Wat Icarus betreft, de astronomen voorspellen dat het de komende tien jaar vele malen zal worden vergroot als clustersterren zich verplaatsen, misschien de helderheid verhogen tot 10, 000 keer.