05.04.2018: En gigantisk blå stjerne er oppdaget hele 9 milliarder lysår fra Jorden ved hjelp av Hubbleteleskopet! Metoden som ble benyttet er den såkalte gravitasjonslinsemetoden som ble utviklet av nordmannen Sjur Refsdal. Stjernen har også blitt benyttet til å teste teorien om mørk materie og til å studere galaksehopen som befinner seg mellom oss og stjernen.

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Icarus er den fjerneste enkeltstjernen som noen gang er oppdaget og er bare synlig fordi stjernelyset har blitt forsterket som følge av tyngdekreftene fra en gigantisk galaksehop som bøyer lyset slik at stjernelyset fokuseres i vår retning i rommet. Hopen (MACS J1149+2223) befinner seg mellom Jorden og galaksen hvor stjernen befinner seg. Bildet øverst til høyre viser hvordan området så ut i 2011 uten at Icarus var synlig.
Foto: NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)

Stjernen har fått kallenavnet Icarus – dens offisielle navn er MACS J1149+2223 Lensed Star 1 – er en blå stjerne som befinner seg i en spiralgalakse 9 milliarder lysår fra Jorden. Lyset har med andre ord brukt 9 milliarder år på å nå oss. Universet oppsto for ca. 13,8 milliarder år siden, noe som betyr at vi nå har en unik mulighet til å studere hvordan en stjerne så ut da Universet bare var 4,4 milliarder år gammelt, bare 30 % av sin nåværende alder! Tidligere har man kun vært i stand til å studere fjerne galakser siden disse sender ut enormt mye mer lys. Den fjerneste galaksen man har lokalisert, GN-z11 i stjernebildet Store bjørn (Ursa Major), befinner seg 13,39 milliarder lysår fra Jorden og observeres slik den så ut bare 400 millioner år etter at Universet oppsto.

Galaksen GN-z11 ses slik den så ut for 13,4 milliarder år siden da Universet bare var 3 % av dets nåværende alder. Galaksen lyses opp av lyssterke unge, blå stjerner, men ser rød ut på bildet siden lyset har blitt strukket til lengre bølgelengder som følge av at Universet utvider seg.
Foto: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Oppdagelsen av Icarus gjør at forskerne for aller første gang er i stand til å se en forsterket enkeltstjerne i en annen galakse. Bortsett fra supernovaeksplosjoner befinner stjernen seg minst 100 ganger lenger unna enn den nest fjerneste enkeltstjernen som er observert.

Gravitasjonslinsemetoden

Gravitasjonslinseeffekt oppstår når tyngdekreftene fra et stort objekt i forgrunnen bøyer rommet og dermed også lyset som en gigantisk kosmisk linse. Fjerne og lyssvake objekter i bakgrunnen vil dermed opptre både skarpere og mer lyssterke, men kan også bli forvrengt. Nordmannen Sjur Refsdal var en prisbelønnet astrofysiker som var kjent for sin forskning på nettopp gravitasjonslinser. Albert Einstein kunne teoretisk si at slike gravitasjonslinser eksisterte, og på 1960-tallet fant Refsdal ut hvordan gravitasjonslinser kan ha praktisk nytte. For sitt arbeid fikk den første supernovaen som ble oppdaget ved hjelp av denne metoden kallenavnet «SN Refsdal». Den første linsen ble oppdaget i 1979.

En variant av metoden – gravitasjonell mikrolinsing – er et astronomisk fenomen som følge av gravitasjonlinseseffekten og som har gjort det mulig både å finne exoplaneter, frittflygende planeter samt å bevise at det finnes flere planeter enn stjerner i Melkeveien.

Modeller viser at den ekstreme lysstyrken til Icarus antagelig skyldtes gravitasjonspåvirkningen av en stjerne med masse omtrent som vår egen sol som befant seg i en galakse i forgrunnen da denne stjernen passerte foran Icarus. Stjernelyset blir vanligvis forsterket ca. 600 ganger som følge av massen til denne galaksehopen, men forgrunnsstjernen forårsaket en enda kraftigere forsterkning – lyset ble til sammen 2000 ganger sterkere!

Modeller viser at den ekstreme lysstyrken til Icarus antagelig skyldtes gravitasjonspåvirkningen av en stjerne med masse omtrent som vår egen sol som befant seg i en galakse i forgrunnen da denne stjernen passerte foran Icarus – såkalt gravitasjonell mikrolinsing. Stjernelyset blir vanligvis forsterket ca. 600 ganger som følge av massen til denne galaksehopen, men forgrunnsstjernen forårsaket en enda kraftigere forsterkning – lyset ble til sammen 2000 ganger sterkere!

Stadig flere exoplaneter blir oppdaget, blant annet ved hjelp av gravitasjonslinsemetoden.
Film: AccuWeather

Egenskapene til stjernen Icarus

Ved hjelp av Hubble hadde teamet tidligere oppdaget en supernova i en fjern spiralgalakse, og i 2016 ble det oppdaget en ny punktformet lyskilde ikke langt fra den forsterkede supernovaen. Ut i fra posisjonen til den nye lyskilden antok forskerne at objektet ville være mye mer forsterket enn en supernova, og da fargene fra objektet ble analysert oppdaget man at stjernen var en stor og masserik stjerne – en blå superkjempe. Slike stjerner er mye varmere og muligens flere hundre tusen ganger mer lyssterke enn sollignende stjerner. Men på tross av denne ekstreme lysstyrken ville det på en slik ekstrem avstand ikke være mulig selv for Hubbleteleskopet å oppdage stjernen uten gravitasjonslinsemetoden. Stjernen er enten en spesiell type nova – en stjerne som gjennomgår kraftige eksplosjoner – eller en såkalt lyssterk blå variabel. Den sistnevnte stjernetypen er sjelden, men har svært stor masse og lysstyrke. Studier av slike stjerner da Universet var mye yngre enn i dag kan gi oss interessant kunnskap om Universets og galaksenes utvikling.

Stjernen Icarus og dens omgivelser mer enn 9 milliarder lysår fra Jorden.
Foto: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Årsaken til at teamet visste at denne stjernen ikke også var en supernova, var at kilden ikke blir varmere eller eksploderer, bare at lyset blir forsterket, noe som forventes når man benytter gravitasjonslinsemetoden.

Animasjon av den blå superkjempen LS1 som ble oppdaget ved hjelp av gravitasjonslinsemetoden.
Animasjon: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Forskerne fant ut at Hubble-observasjonene av galaksehopen MACS J1149+2223 Lensed Star 1 matcher en blå superkjempe veldig bra og viser at Icarus har omtrent dobbelt så høy temperatur som Solen. Den heltrukne blå linjen viser et modellspektrum av den blå superkjempen, justert for avstanden til vertsgalaksen. De røde diamantene er de observerte dataene for Icarus.
Illustrasjon: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Unik mulighet for å lete etter mørk materie

Oppdagelsen gir ikke bare forskerne en ny måte å studere enkeltstjerner i fjerne galakser (spesielt de mest lyssterke stjernene) – men også en unik mulighet for å teste egenskapene til mørk materie i galaksehopen. Mørk materie har aldri blitt direkte observert, men påvirkningen fra denne materien er synlig i flere astrofysiske observasjoner. Det antas at mørk materie utgjør ca. 80 % av massen i Universet.

En teori om mørk materie går ut på at denne hovedsakelig er dannet av et enormt antall sorte hull med masser flere titalls ganger større enn Solen, og at disse ble dannet i Universets barndom. Ved å undersøke hva som befinner seg i galaksen i forgrunnen, var forskerne i stand til å teste denne teorien, og resultatet går i disfavær av hypotesen siden lysfluktuasjoner fra bakgrunnsstjernen, som har blitt overvåket med Hubble i 13 år, ville ha sett annerledes ut dersom det der befant seg en sverm av sorte hull.

Når James Webb Space Telescope (JMST) skytes opp i 2020 forventer astronomene å finne mange stjerner som Icarus siden dette teleskopets ekstreme lysfølsomhet vil gjøre forskerne i stand til å måle enda flere detaljer, blant annet om disse fjerne stjernene roterer. Det kan også vise seg at slike forsterkede stjerner er ganske vanlige.

Gravitasjonell mikrolinsing
Illustrasjon: Wikipedia

Kraftig gravitasjonslinsing, slik som observert med Hubbleteleskopet i galaksehopen Abell 1689, indikerer tilstedeværelse av mørk materie.
Foto: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), the ACS Science Team and ESA

Fordeling av mørk og synlig materie.
Illustrasjon: NASA

Rundt 80 % av materien i Universet finnes i form av mørk materie. Simuleringen viser fordelingen av mørk materie i galakser.
Simulering: Wu, Hahn, Wechsler, Abel(KIPAC), Visualization: Kaehler (KIPAC)

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Nyhetssak fra Hubblesite

Hvordan lokalisere mørk materie og finnes galakser av ren mørk materie?

Kosmisk avstandsrekord

Andre saker om galakser