Szukając najdalszych obiektów we Wszechświecie, astronomowie często polegają na technice znanej jako Lens grawitacyjny. W oparciu o zasady ogólnej teorii względności Einsteina technika ta polega na dużym rozkładzie materii (takiej jak gromada galaktyki lub gwiazda) w celu powiększenia światła pochodzącego z odległego obiektu, dzięki czemu wydaje się jaśniejszy i większy.
Ta technika pozwoliła na badanie pojedynczych gwiazd w odległych galaktykach. W ostatnich badaniach międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał gromadę galaktyk do zbadania najdalszej pojedynczej gwiazdy, jaką kiedykolwiek widziano we Wszechświecie. Chociaż zwykle słabo obserwować, obecność gromady galaktyk na pierwszym planie pozwoliła zespołowi zbadać gwiazdę w celu przetestowania teorii o ciemnej materii.
Badanie, które opisuje ich badania, pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowym Astronomia przyrody pod tytułem „Ekstremalne powiększenie pojedynczej gwiazdy przy przesunięciu ku czerwieni przez soczewkę gromady galaktyk”. Badanie było prowadzone przez Patricka L. Kelly'ego, profesora nadzwyczajnego University of Minnesota i obejmowało członków z Obserwatorium Las Cumbres, National Optical Astronom Observatory, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) oraz wiele uniwersytetów i instytucji badawczych.
Ze względu na swoje badania prof. Kelly i jego współpracownicy wykorzystali gromadę galaktyk znaną jako MACS J1149 + 2223 jako soczewkę. Ta gromada galaktyk, położona około 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi, znajduje się między Układem Słonecznym a galaktyką zawierającą Ikara. Łącząc rozdzielczość i czułość Hubble'a z siłą tej soczewki grawitacyjnej, zespół był w stanie zobaczyć i zbadać Ikara, niebieskiego giganta.
Ikar, nazwany tak od greckiej mitologicznej postaci, która przeleciała zbyt blisko Słońca, ma dość interesującą historię. W odległości około 9 miliardów lat świetlnych od Ziemi gwiazda wydaje się nam taka, jak wtedy, gdy Wszechświat miał zaledwie 4,4 miliarda lat. W kwietniu 2016 r. Gwiazda tymczasowo rozjaśniła się do 2000 razy swojej normalnej jasności dzięki wzmocnieniu grawitacyjnemu gwiazdy w MACS J1149 + 2223.
Jak wyjaśnił prof. Kelly w ostatnim komunikacie prasowym UCLA, tymczasowo pozwoliło to Icarusowi stać się widocznym po raz pierwszy dla astronomów:
„Widać tam pojedyncze galaktyki, ale ta gwiazda jest co najmniej 100 razy dalej niż następna pojedyncza gwiazda, którą możemy badać, z wyjątkiem wybuchów supernowych”.
Kelly i zespół astronomów używali Hubble oraz MACS J1149 + 2223, aby powiększyć i monitorować supernową w odległej galaktyce spiralnej w momencie, gdy zauważyli nowy punkt światła niedaleko. Biorąc pod uwagę pozycję nowego źródła, ustalono, że powinno ono być znacznie bardziej powiększone niż supernowa. Co więcej, wcześniejsze badania tej galaktyki nie wykazały źródła światła, co wskazuje, że jest on soczewkowany.
Jak Tommaso Treu, profesor fizyki i astronomii w UCLA College i współautor badania, wskazał:
„Gwiazda jest tak zwarta, że działa jak dziura otworkowa i zapewnia bardzo ostry promień światła. Wiązka przechodzi przez gromadę galaktyk na pierwszym planie, działając jak kosmiczne szkło powiększające… Znalezienie większej liczby takich zdarzeń jest bardzo ważne, aby poczynić postępy w naszym zrozumieniu podstawowego składu wszechświata.
W tym przypadku światło gwiazdy stanowiło wyjątkową okazję do przetestowania teorii o niewidzialnej masie (inaczej „ciemnej materii”), która przenika Wszechświat. Zasadniczo zespół wykorzystał punktowe źródło światła dostarczone przez gwiazdę tła, aby zbadać interweniującą gromadę galaktyk i sprawdzić, czy zawiera ona ogromną liczbę pierwotnych czarnych dziur, które są uważane za potencjalnego kandydata na ciemną materię.
Uważa się, że te czarne dziury powstały podczas narodzin Wszechświata i mają masy dziesiątki razy większe niż Słońce. Jednak wyniki tego testu wykazały, że fluktuacje światła od gwiazdy tła były monitorowane przez Hubble przez trzynaście lat nie sprzyjajcie tej teorii. Gdyby ciemna materia składała się z maleńkich czarnych dziur, światło pochodzące z Ikara wyglądałoby zupełnie inaczej.
Odkąd został odkryty w 2016 r. Metodą soczewkowania grawitacyjnego, Icarus zapewnił astronomom nowy sposób obserwacji i badania poszczególnych gwiazd w odległych galaktykach. W ten sposób astronomowie są w stanie rzadziej i szczegółowo przyjrzeć się poszczególnym gwiazdom we wczesnym Wszechświecie i zobaczyć, jak ewoluowały (a nie tylko galaktyki i gromady) w czasie.
Kiedy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) został wdrożony w 2020 r., Astronomowie oczekują jeszcze lepszego wyglądu i dowiedzenia się o wiele więcej na temat tego tajemniczego okresu w kosmicznej historii.
