Galaxy Cluster Abell 2218 vääristää valoa useista kaukaisemmista galakseista. Kuvaluotto: ESO. Klikkaa suurentaaksesi.
Viisikymmentä vuotta kuolemansa jälkeen Albert Einsteinin työ tarjoaa edelleen uusia työkaluja maailmankaikkeuden ymmärtämiseen. Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on nyt käyttänyt Einsteinin ensi vuonna 1936 ennustamaa ilmiötä, nimeltään gravitaatiolinssi, tähden muodon määrittämiseen. Tämä ilmiö, johtuen painovoiman vaikutuksesta valonsäteisiin, johti gravitaatiooptiikan tekniikoiden kehittämiseen, mukaan lukien gravitaatioinen mikrosekoitus. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tätä tunnettua tekniikkaa on käytetty tähden muodon määrittämiseen.
Suurin osa taivaan tähtiä on pistemäisiä, joten niiden muodon arvioiminen on erittäin vaikeaa. Viimeaikainen edistyminen optisessa interferometriassa on mahdollistanut mitata muutaman tähden muodon. Esimerkiksi kesäkuussa 2003 Achernar-tähden (Alpha Eridani) todettiin olevan tasaisin tähti, joka koskaan nähty, käyttämällä Very Large Telescope Interferometr -mittarin havaintoja (katso lisätietoja löytöstä ESO: n lehdistötiedote). Tähän mennessä on ilmoitettu vain harvoista tähtimuodon mittauksista, osittain siksi, että tällaisten mittausten suorittaminen on vaikeaa. On kuitenkin tärkeää saada lisää täsmällisiä tähtien muodon määrityksiä, koska tällaiset mittaukset auttavat testaamaan teoreettisia tähtimalleja.
Ensimmäistä kertaa kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä [1], jota johti N. J. Rattenbury (Jodrell Bank Observatorystä, Iso-Britannia), käytti gravitaation mukaisia linssitekniikoita tähden muodon määrittämiseen. Nämä tekniikat luottavat valonsäteiden painovoimaiseen taivutukseen. Jos kirkkaasta lähteestä tuleva valo kulkee lähellä etualan massiivista esinettä, valonsäteet taipuvat ja kirkkaan lähteen kuva muuttuu. Jos etualalla oleva massiivinen esine ('linssi') on pistemäinen ja linjassa täydellisesti maan ja kirkkaan lähteen kanssa, maapallosta nähtynä muuttunut kuva on renkaan muotoinen, ns. Einsteinin rengas. Useimmat todelliset tapaukset eroavat kuitenkin tästä ihanteellisesta tilanteesta, ja havaittua kuvaa muutetaan monimutkaisemmalla tavalla. Alla olevassa kuvassa on esimerkki massiivisen galaksiklusterin aiheuttamasta painovoimaobjektiivisuudesta.
Rattenburyn ja hänen kollegoidensa käyttämä gravitaatioinen mikroliuskautuminen riippuu myös valonsäteiden taipumisesta painovoiman avulla. Painovoimainen mikrolento on termi, jota käytetään kuvaamaan painovoimaisten linssien tapahtumia, joissa linssi ei ole tarpeeksi massiivinen tuottamaan erotettavissa olevia kuvia taustalähteestä. Vaikutus voidaan silti havaita, koska lähteen vääristyneet kuvat ovat kirkkaampia kuin vapauttamaton lähde. Painovoimaisen mikrosekoituksen havaittavissa oleva vaikutus on siis väliaikainen näkyvä tausta-lähteen suurennus. Joissakin tapauksissa mikrotason heikentävä vaikutus voi lisätä taustalähteen kirkkautta kerrointa jopa 1000. Kuten Einstein on jo huomauttanut, mikrolämmittelyvaikutuksen havaitsemiseksi tarvittavat kohdistukset ovat harvinaisia. Lisäksi, koska kaikki tähdet ovat liikkeessä, vaikutus on ohimenevä ja ei toistu. Mikrolennoitumistapahtumia tapahtuu viikkoista kuukausiin, ja ne edellyttävät pitkäaikaisia tutkimuksia. Tällaisia tutkimusohjelmia on ollut olemassa 1990-luvulta lähtien. Nykyään toimii kaksi tutkimusryhmää: Japanin ja Uuden-Seelannin yhteistyö, joka tunnetaan nimellä MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) ja puolalaisen / Princetonin yhteistyö, joka tunnetaan nimellä OGLE (Optical Gravitational Lens Experiment). MOA-ryhmä tarkkailee Uudesta-Seelannista ja OGLE-ryhmä Chilestä. Niitä tukee kaksi seurantaverkkoa, MicroFUN ja PLANET / RoboNET, jotka käyttävät noin tusinaa kaukoputkea ympäri maailmaa.
Mikroleikkaustekniikkaa on käytetty tumman aineen etsimiseen Linnunradan ja muiden galaksien ympärillä. Tätä tekniikkaa on käytetty myös muiden tähtiä kiertävien planeettojen havaitsemiseen. Rattenbury ja hänen kollegansa pystyivät ensimmäistä kertaa määrittämään tähden muodon tällä tekniikalla. MOA-ryhmä havaitsi heinäkuussa 2002 käytetyn mikroneuvontatapahtuman. Tapahtuma on nimetty MOA 2002-BLG-33 (jäljempänä MOA-33). Yhdistämällä tapahtuman havainnot viidellä maassa sijaitsevalla kaukoputkella yhdessä HST-kuvien kanssa, Rattenbury ja hänen kollegansa tekivät uuden analyysin tästä tapahtumasta.
Tapahtuman MOA-33 linssi oli binaaritähti, ja tällaiset binaariset linssijärjestelmät tuottavat mikrolähettäviä valokaarret, jotka voivat tarjota paljon tietoa sekä lähde- että linssijärjestelmistä. Tarkkailijan, linssin ja lähdejärjestelmien erityinen geometria MOA-33-mikrolämmitystapahtuman aikana tarkoitti, että lähdetähden havaittu aika-riippuvainen suurennus oli erittäin herkkä lähteen todelliselle muodolle. Lähdetähden muodon mikrolentoisissa tapahtumissa oletetaan yleensä olevan pallomainen. Lähdetähden muotoa kuvaavien parametrien tuominen analyysiin mahdollisti lähdetähden muodon määrittämisen.
Rattenbury ja hänen kollegansa arvioivat, että MOA-33-tähtitähti on hieman pitkänomainen, ja polaarisen ja päiväntasaajan säteen välinen suhde on 1,02 -0,02 / + 0,04. Mittauksen epävarmuustekijöiden vuoksi tähden pyöreää muotoa ei voida kuitenkaan täysin sulkea pois. Alla olevassa kuvassa verrataan MOA-33-taustan tähden muotoa äskettäin Altairille ja Achernarille mitattuihin. Vaikka sekä Altair että Achernar ovat vain muutaman parsin päässä maapallosta, MOA-33-taustatähti on kauempana oleva tähti (noin 5000 parseaa maasta). Interferometrisiä tekniikoita voidaan todellakin soveltaa vain kirkkaisiin (siis lähellä oleviin) tähtiin. Päinvastoin, mikroneuvontatekniikka mahdollistaa paljon kauempana olevien tähtien muodon määrittämisen. Itse asiassa tällä hetkellä ei ole vaihtoehtoista tekniikkaa etäisten kuvien mittaamiseksi.
Tämä tekniikka vaatii kuitenkin hyvin spesifisiä (ja harvinaisia) geometrisia konfiguraatioita. Tilastollisista syistä ryhmä arvioi, että noin 0,1 prosentilla kaikista havaituista mikroneuvontatapahtumista on vaadittavat kokoonpanot. Noin 1000 mikroneuvontatapahtumaa havaitaan vuosittain. Niiden pitäisi kasvaa entistä enemmän lähitulevaisuudessa. MOA-ryhmä tilaa parhaillaan uuden Japanin toimittaman 1,8 metrin laajakentän kaukoputken, joka havaitsee tapahtumia nopeammin. Lisäksi Yhdysvaltain johtama ryhmä harkitsee suunnitelmia avaruuspohjaisesta operaatiosta nimeltään Microlensing Planet Finder. Tämä on suunniteltu tarjoamaan kaikentyyppisten planeettojen laskeminen galaksissa. Sivutuotteena se havaitsisi myös MOA-33: n kaltaisia tapahtumia ja antaisi tietoa tähtiä koskevista muodoista.
Alkuperäinen lähde: Jodrell Bank Observatory
