Wenn Astronomen die entferntesten Objekte im Universum untersuchen wollen, verlassen sie sich häufig auf eine Technik, die als Gravitationslinse bekannt ist. Basierend auf den Prinzipien von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie basiert diese Technik auf einer großen Verteilung von Materie (wie einem Galaxienhaufen oder Stern), um das von einem entfernten Objekt kommende Licht zu vergrößern und es dadurch heller und größer erscheinen zu lassen.
Diese Technik ermöglichte die Untersuchung einzelner Sterne in fernen Galaxien. In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchte ein internationales Team von Astronomen mithilfe eines Galaxienhaufens den entferntesten Einzelstern, der jemals im Universum gesehen wurde. Obwohl es normalerweise zu schwach ist, zu beobachten, ermöglichte das Vorhandensein eines Galaxienhaufens im Vordergrund dem Team, den Stern zu untersuchen, um eine Theorie über dunkle Materie zu testen.
Die Studie, die ihre Forschung beschreibt, erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Naturastronomie unter dem Titel „Extreme Vergrößerung eines einzelnen Sterns bei Rotverschiebung 1,5 durch eine Galaxienhaufenlinse“. Die Studie wurde von Patrick L. Kelly, einem Assistenzprofessor der University of Minnesota, geleitet und umfasste Mitglieder des Las Cumbres Observatoriums, des Nationalen Optischen Astronomischen Observatoriums, des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) und der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) und mehrere Universitäten und Forschungseinrichtungen.
Für ihre Studie verwendeten Prof. Kelly und seine Mitarbeiter den als MACS J1149 + 2223 bekannten Galaxienhaufen als Linse. Dieser Galaxienhaufen befindet sich etwa 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt zwischen dem Sonnensystem und der Galaxie, die Ikarus enthält. Durch die Kombination von Hubbles Auflösung und Empfindlichkeit mit der Stärke dieser Gravitationslinse konnte das Team Icarus, einen blauen Riesen, sehen und untersuchen.
Ikarus, benannt nach der griechischen mythologischen Figur, die der Sonne zu nahe kam, hat eine ziemlich interessante Geschichte. In einer Entfernung von ungefähr 9 Milliarden Lichtjahren von der Erde erscheint uns der Stern so, wie er es tat, als das Universum nur 4,4 Milliarden Jahre alt war. Im April 2016 hellte sich der Stern dank der Gravitationsverstärkung eines Sterns in MACS J1149 + 2223 vorübergehend auf das 2.000-fache seiner normalen Leuchtkraft auf.
Wie Prof. Kelly kürzlich in einer Pressemitteilung der UCLA erklärte, wurde Ikarus vorübergehend zum ersten Mal für Astronomen sichtbar:
"Sie können einzelne Galaxien dort draußen sehen, aber dieser Stern ist mindestens 100 Mal weiter entfernt als der nächste einzelne Stern, den wir untersuchen können, mit Ausnahme von Supernova-Explosionen."
Kelly und ein Team von Astronomen hatten benutzt Hubble und MACS J1149 + 2223, um eine Supernova in der fernen Spiralgalaxie zu vergrößern und zu überwachen, als sie den neuen Lichtpunkt in der Nähe entdeckten. Angesichts der Position der neuen Quelle stellten sie fest, dass sie viel stärker vergrößert sein sollte als die Supernova. Darüber hinaus hatten frühere Studien dieser Galaxie die Lichtquelle nicht gezeigt, was darauf hinweist, dass sie mit einer Linse versehen war.
Als Tommaso Treu, Professor für Physik und Astronomie am UCLA College und Mitautor der Studie, erklärte:
„Der Stern ist so kompakt, dass er als Lochblende fungiert und einen sehr scharfen Lichtstrahl liefert. Der Strahl scheint durch den Vordergrundhaufen von Galaxien und fungiert als kosmische Lupe. Es ist sehr wichtig, mehr solcher Ereignisse zu finden, um Fortschritte bei unserem Verständnis der fundamentalen Zusammensetzung des Universums zu erzielen.
In diesem Fall bot das Licht des Sterns eine einzigartige Gelegenheit, eine Theorie über die unsichtbare Masse (auch bekannt als „dunkle Materie“) zu testen, die das Universum durchdringt. Grundsätzlich verwendete das Team die vom Hintergrundstern bereitgestellte punktgenaue Lichtquelle, um den dazwischenliegenden Galaxienhaufen zu untersuchen und festzustellen, ob er eine große Anzahl von ursprünglichen Schwarzen Löchern enthält, die als potenzieller Kandidat für dunkle Materie angesehen werden.
Es wird angenommen, dass sich diese Schwarzen Löcher während der Geburt des Universums gebildet haben und Massen haben, die zehnmal größer sind als die Sonne. Die Ergebnisse dieses Tests zeigten jedoch, dass Lichtschwankungen vom Hintergrundstern, die von überwacht worden waren Hubble seit dreizehn Jahren diese Theorie ablehnen. Wenn dunkle Materie tatsächlich aus winzigen schwarzen Löchern bestehen würde, hätte das Licht von Ikarus ganz anders ausgesehen.
Seit seiner Entdeckung im Jahr 2016 mithilfe der Gravitationslinsenmethode bietet Ikarus Astronomen eine neue Möglichkeit, einzelne Sterne in fernen Galaxien zu beobachten und zu untersuchen. Auf diese Weise können Astronomen einen seltenen und detaillierten Blick auf einzelne Sterne im frühen Universum werfen und sehen, wie sie sich (und nicht nur Galaxien und Cluster) im Laufe der Zeit entwickelt haben.
Wenn die James Webb Weltraumteleskop (JWST) wird im Jahr 2020 eingesetzt. Astronomen erwarten ein noch besseres Bild und erfahren so viel mehr über diese mysteriöse Zeit in der kosmischen Geschichte.
