Interesujące zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego

Zespół astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego prowadzony przez dr. hab. Łukasza Wyrzykowskiego i uczestniczący również w pracach misji kosmicznej Gaia odkrył interesujący przypadek mikrosoczewkowania grawitacyjnego wywołanego przez parę niewidocznych gwiazd. Praca opisująca wyniki wielomiesięcznych obserwacji zjawiska ukazała się w prestiżowym czasopiśmie astronomicznym Astronomy and Astrophysics.

Astronomowie zastosowali bardzo ciekawą technikę badania niewidocznych obiektów polegającą na badaniu zakrzywienia czasoprzestrzeni wywołanego przez masywne obiekty, takie jak gwiazdy czy całe galaktyki. Metoda zwana jest soczewkowaniem grawitacyjnym, a w przypadku małych skal i gwiazd w naszej Galaktyce – mikrosoczewkowaniem. Zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego polegają na niespodziewanym i tymczasowym wzmocnieniu (stąd nazwa “soczewkowanie”) światła odległych gwiazd przez zakrzywienie czasoprzestrzeni wywołane przez masywny obiekt znajdujący się na linii biegu promieni świetlnych.

Wizja artystyczna zjawiska soczewkowania Gaia16aye. Autor: Maciej Rębisz

Praktyczne zastosowania tej metody do znajdywania niewidocznych obiektów, takich jak czarne dziury czy planety, opracował w latach 80-tych XX wieku polski astronom, Bohdan Paczyński, pracujący na Uniwersytecie w Princeton w USA. Polski projekt OGLE (ogle.astrouw.edu.pl) prowadzony w Obserwatorium Astronomicznym UW już na początku lat 1990 odkrył pierwsze przypadki mikrosoczewkowania grawitacyjnego w Drodze Mlecznej wywołanego przez gwiazdy pojedyncze i systemy podwójne. Do dzis odkrył ich ponad 20000. Ma na koncie też odkrycie kilkudziesięciu planet pozałonecznych oraz kilku kandydatek na czarne dziury.

Opisane w pracy zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego zostało zarejestrowane przez kosmiczną misję Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), która od 2014 roku regularnie obserwuje całe niebo i monitoruje zmiany jasności i położenia miliardów gwiazd. W sierpniu 2016 roku Gaia zarejestrowała skok jasności niepozornej gwiazdy w kierunku gwiazdozbioru Łabędzia. Obiekt otrzymał nazwę Gaia16aye.

Ponieważ satelita Gaia nie ma możliwości ciągłego monitorowania jasności obiektów astronomowie warszawscy stworzyli sieć naziemnych obserwatoriów monitorujących non-stop ten obiekt. W sieci uczestniczyły zarówno profesjonalne obserwatoria astronomiczne, jak również amatorzy astronomii. W sumie dane obserwacyjne zjawiska zbierało przez dwa lata ponad 50 teleskopów z całego globu.

Okazało się, że zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego Gaia16aye było wywołane przez układ dwóch obiektów krążących wokół siebie z okresem krótszym niż czas trwania zjawiska soczewkowania. Powodowało to nieustanną zmianę konfiguracji układu soczewek, którą należało uwzględnić w modelu zjawiska.

Dzięki danym z misji Gaia oraz bardzo dokładnym naziemnym obserwacjom astronomowie byli w stanie określić wszystkie parametry układu gwiazd. Zmierzono masy składników (0.57 i 0.36 mas Słońca), okres orbitalny (około 3 lat) oraz separację składników (około 2 razy odległość Ziemia-Słońce), jak również wzajemne usytuowanie obiektów w przestrzeni.

Układ Gaia16aye jest jednym z nielicznych tak szczegółowo zbadanych układów podwójnych gwiazd. Technika mikrosoczewkowania nie wymaga obserwacji światła badanych obiektów, a więc nadaje się idealnie do poszukiwań ciemnych soczewek, w szczególności gwiazdowych czarnych dziur. Co ciekawe zjawisko wystąpiło w kierunku na niebie, gdzie zjawiska mikrosoczewkowania są niezwykle mało prawdopodobne. 99% zarejestrowanych zjawisk tego typu obserwowana jest w kierunku Centrum Galaktyki. Przypadek Gaia16aye pokazuje, że technika mikrosoczewkowania może być z powodzeniem stosowana do badania obiektów ciemnych w całej Drodze Mlecznej.