Wereldwijde Gaia-campagne onthult geheimen van stellair paar

[univers]

Een 500-daagse wereldwijde observatiecampagne die meer dan drie jaar geleden werd geleid door ESA's krachtpatser van de melkwegkartering Gaia heeft ongekende inzichten in het binaire stelsel van sterren gegeven die een ongebruikelijke opheldering van een nog verder weg gelegen ster veroorzaakte.

Het ophelderen van de ster, gelegen in het Cygnus-sterrenbeeld, werd voor het eerst opgemerkt in augustus 2016 door het Gaia Photometric Science Alerts- programma.

Dit systeem, beheerd door het Institute of Astronomy aan de Universiteit van Cambridge, VK, scant dagelijks de enorme hoeveelheid gegevens afkomstig van Gaia en waarschuwt astronomen voor het verschijnen van nieuwe bronnen of ongebruikelijke helderheidsvariaties in bekende bronnen, zodat ze snel kunnen wijzen andere grond- en ruimtetelescopen om ze in detail te bestuderen. De verschijnselen kunnen supernova-explosies en andere stellaire uitbarstingen zijn.

In dit specifieke geval onthulden follow-upobservaties met meer dan 50 telescopen wereldwijd dat de bron - sindsdien Gaia16aye genoemd - zich op een nogal vreemde manier gedroeg.

"We zagen de ster steeds helderder worden en binnen een dag daalde de helderheid plotseling", zegt Łukasz Wyrzykowski van de Astronomical Observatory aan de Universiteit van Warschau, Polen, een van de wetenschappers achter het Gaia Photometric Science Alert-programma .

“Dit was een heel ongewoon gedrag. Bijna geen enkele soort supernova of andere ster doet dit. "



Łukasz en zijn medewerkers realiseerden zich al snel dat dit ophelderen werd veroorzaakt door zwaartekrachtmicrolensing - een effect voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, veroorzaakt door het buigen van ruimtetijd in de buurt van zeer massieve objecten, zoals sterren of zwarte gaten.

Wanneer een dergelijk massief object, dat misschien te zwak is om te worden waargenomen vanaf de aarde, voor een andere, verder weg gelegen lichtbron passeert, buigt zijn zwaartekracht het weefsel van ruimtetijd in zijn nabijheid. Dit vervormt het pad van lichtstralen die uit de achtergrondbron komen - en gedraagt ​​zich in wezen als een enorm vergrootglas.
Gaia16aye is de tweede micro-lensing-gebeurtenis gedetecteerd door ESA's sterrenlandmeter. De astronomen merkten echter dat het zich zelfs voor dit soort gebeurtenissen vreemd gedroeg.

"Als je een enkele lens hebt, veroorzaakt door een enkel object, zou er slechts een kleine, gestage toename van de helderheid zijn en dan zou er een soepele achteruitgang zijn als de lens voor de verre bron passeert en vervolgens weg beweegt," zegt Łukasz.

“In dit geval daalde de helderheid van de ster niet alleen scherp in plaats van soepel, maar na een paar weken werd hij ook weer helderder, wat heel ongebruikelijk is. Gedurende de 500 dagen van observatie hebben we het vijf keer zien ophelderen en dalen. "

Deze grafiek toont de variatie in helderheid van een verre ster veroorzaakt door een microlensing-gebeurtenis, Gaia16aye genoemd, als een massief object op de voorgrond - een binair systeem van sterren - dat door de gezichtslijn van de verre ster wordt gepasseerd. De helderheid wordt op de verticale as aangegeven in termen van de astronomische grootte, waarbij kleinere waarden (naar boven) een hogere helderheid aangeven; tijd wordt aangegeven op de horizontale as.

De grafiek toont gegevens verzameld over een periode van bijna twee jaar met meer dan 50 telescopen wereldwijd, als onderdeel van een wereldwijde observatiecampagne onder leiding van de Gaia- satelliet van ESA . Met Gaia verkregen helderheidsmetingen worden weergegeven als grote zwarte diamantsymbolen, terwijl op de grond gebaseerde observaties die met verschillende telescopen over de hele wereld worden uitgevoerd, worden weergegeven als kleinere cirkels, vierkanten, diamanten en driehoeken van verschillende kleuren.

De eerste detectie van het plotselinge ophelderen van de bron, gemaakt door Gaia in augustus 2016, is gemarkeerd met een rode pijl. De detectie is gedaan als onderdeel van het Gaia Photometric Science Alerts- programma, een systeem dat dagelijks de enorme hoeveelheid gegevens van Gaia scant en astronomen waarschuwt voor het verschijnen van nieuwe bronnen of ongebruikelijke helderheidsvariaties in bekende, zodat ze snel kunnen wijzen andere grond- en ruimtetelescopen om ze in detail te bestuderen.

Vervolgobservaties van de bron, sindsdien Gaia16aye genoemd, onthulden dat de bron zich op een nogal vreemde manier gedroeg: na helderder en helderder te zijn geworden, viel de helderheid plotseling binnen een dag af.

Astronomen realiseerden zich al snel dat dit ophelderen werd veroorzaakt door zwaartekrachtmicrolensing - een effect voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, veroorzaakt door het buigen van ruimtetijd in de nabijheid van zeer massieve objecten, zoals sterren of zwarte gaten.

De Gaia-melding leidde tot een wereldwijde observatiecampagne van 500 dagen, die tot eind 2017 duurde en de achtergrondster volgde terwijl deze oplichtte en vervolgens vijf keer daalde. Door uitgebreide deelname van grondtelescopen van over de hele wereld konden astronomen een grote hoeveelheid gegevens verzamelen - bijna 25.000 individuele gegevenspunten - die werden gebruikt om het object op de voorgrond te bestuderen dat fungeerde als een lens op de verder weg gelegen ster.

Uit de gegevens bleek dat de zwaartekrachtlens eigenlijk een binair stellair systeem is, bestaande uit twee vrij kleine sterren, met respectievelijk 0,57 en 0,36 keer de massa van onze zon. Gescheiden door ongeveer twee keer de afstand aarde-zon, banen de sterren in minder dan drie jaar rond hun gemeenschappelijke massamiddelpunt.

Gaia16aye is de tweede microlensing-gebeurtenis gedetecteerd door de Gaia-missie .

De op de grond gebaseerde waarnemingen werden uitgevoerd met verschillende filters op een verscheidenheid van zichtbare en nabij-infrarode golflengten. In de grafiek worden de verschillende filters aangegeven met de volgende letters: B staat voor blauw; g voor groen; V voor visueel (overeenkomend met tussenliggende golflengten tussen groen en rood); R en r voor rood; Ik en ik voor infrarood.

Deze plotselinge en scherpe daling van de helderheid suggereerde dat de zwaartekrachtlens die de opheldering veroorzaakt, uit een binair systeem moet bestaan ​​- een paar sterren, of andere hemellichamen, aan elkaar gebonden door wederzijdse zwaartekracht.

De gecombineerde zwaartekrachtvelden van de twee objecten produceren een lens met een nogal ingewikkeld netwerk van sterk vergrote gebieden. Wanneer een achtergrondbron door dergelijke gebieden op het vlak van de hemel passeert, licht deze op en dimt dan onmiddellijk bij het verlaten ervan.

Uit het patroon van opeenvolgende verhelderingen en dimmen konden de astronomen afleiden dat het binaire systeem in een vrij snel tempo draaide.

"De rotatie was snel genoeg en de algehele micro-lensing-gebeurtenis langzaam genoeg dat de achtergrondster het gebied met hoge vergroting binnenging, verliet en vervolgens weer binnenging", zegt Łukasz.

De lange periode van waarnemingen, die duurde tot eind 2017, en de uitgebreide deelname van grondtelescopen van over de hele wereld stelden de astronomen in staat een grote hoeveelheid gegevens te verzamelen - bijna 25.000 individuele gegevenspunten.

Daarnaast maakte het team ook gebruik van tientallen observaties van deze ster verzameld door Gaia, omdat deze de hemel bleef scannen in de loop van de maanden. Deze gegevens hebben een voorlopige kalibratie ondergaan en zijn openbaar gemaakt als onderdeel van het Gaia Science Alerts-programma.

Uit deze gegevensverzameling konden Łukasz en zijn collega's veel details leren over het binaire systeem van sterren.

"We zien dit binaire systeem helemaal niet, maar door alleen de effecten te zien die het veroorzaakte door als een lens op een achtergrondster te werken, konden we er alles over vertellen", zegt co-auteur Przemek Mróz, die een promovendus aan de Universiteit van Warschau toen de campagne begon, en is momenteel een postdoctoraal geleerde aan het California Institute of Technology.

"We konden de rotatieperiode van het systeem bepalen, de massa's van de componenten, hun scheiding, de vorm van hun banen - eigenlijk alles - zonder het licht van de binaire componenten te zien."

Het paar bestaat uit twee vrij kleine sterren, met respectievelijk 0,57 en 0,36 keer de massa van onze zon. Gescheiden door ongeveer twee keer de afstand aarde-zon, banen de sterren in minder dan drie jaar rond hun gemeenschappelijke massamiddelpunt.



Als Gaia niet de hele lucht had gescand en de waarschuwingen meteen had verzonden, zouden we nooit van dit microlensing-evenement hebben geweten", zegt co-auteur Simon Hodgkin van de Universiteit van Cambridge, die het Gaia Science Alerts-programma leidt .

"Misschien zouden we het later hebben gevonden, maar dan was het misschien te laat."

Het gedetailleerde begrip van het binaire systeem was gebaseerd op de uitgebreide observatiecampagne en op de brede internationale betrokkenheid die het Gaia16aye-evenement trok.

"We erkennen de professionele astronomen, amateurastronomen en vrijwilligers van over de hele wereld die dit evenement hebben waargenomen: zonder de toewijding van al die mensen zouden we dergelijke resultaten niet hebben kunnen bereiken", zegt Łukasz.

"Microlensing-evenementen zoals deze kunnen licht werpen op hemellichamen die we anders niet zouden kunnen zien", zegt Timo Prusti, Gaia Project Scientist bij ESA.

"We zijn verheugd dat Gaia's detectie de observatiecampagne heeft geactiveerd die dit resultaat mogelijk heeft gemaakt."

http://www.esa.int/Science_Exploration/ ... ellar_pair