Tutkiessaan maailmankaikkeuden kaikkeimpia kohteita, tähtitieteilijät luottavat usein tekniikkaan, joka tunnetaan nimellä Gravitational Lensing. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian periaatteiden perusteella tähän tekniikkaan kuuluu luottaminen suureen ainejakaumaan (kuten galaksiklusteri tai tähti) kaukokappaleesta tulevan valon suurentamiseksi, jolloin se näyttää kirkkaammalta ja suuremmalta.
Tämän tekniikan avulla on voitu tutkia yksittäisiä tähtiä kaukaisissa galakseissa. Äskettäisessä tutkimuksessa kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä käytti galaksiklusteria tutkiakseen pisimmän yksittäisen tähden, jota maailmankaikkeus on koskaan nähnyt. Vaikka etualalla sijaitsevan galaksiklusterin läsnäolo oli normaalisti heikkoa, se antoi joukkueelle mahdollisuuden tutkia tähtiä testatakseen pimeästä ainetta koskevaa teoriaa.
Tutkimus, joka kuvaa heidän tutkimustaan, ilmestyi äskettäin tieteellisessä lehdessä Luonnon tähtitiede otsikolla ”Yksittäisen tähden äärimmäinen suurennus punaisella siirtymisellä 1.5 galaksi-klusterilinssillä”. Tutkimusta johti Minnesotan yliopiston apulaisprofessori Patrick L. Kelly. Tutkimukseen osallistuivat Las Cumbresin observatorion, National Optical Astronomical Observatory, Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskus (CfA), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. (EPFL), ja useita yliopistoja ja tutkimuslaitoksia.
Tutkimuksensa vuoksi professori Kelly ja hänen kumppaninsa käyttivät objektiivinaan MACS J1149 + 2223 -nimistä galaksiklusteria. Noin 5 miljardin valovuoden päässä maasta sijaitseva galaksiklusteri sijaitsee aurinkokunnan ja Icarusta sisältävän galaksin välillä. Yhdistämällä Hubblen erottelukyky ja herkkyys tämän gravitaatiolinssin vahvuuteen, joukkue pystyi näkemään ja tutkimaan sinistä jättiläätä Icarusta.
Icaruksella, joka on nimetty kreikan mytologisen hahmon mukaan, joka lensi liian lähellä aurinkoa, on ollut melko mielenkiintoinen historia. Noin 9 miljardin valovuoden etäisyydellä maapallosta tähti näyttää meille kuten se tapahtui, kun maailmankaikkeus oli vain 4,4 miljardia vuotta vanha. Huhtikuussa 2016 tähti kirkastui väliaikaisesti 2 000-kertaiseksi normaaliinsa valoisuuteensa MACS J1149 + 2223: n tähden painovoimavahvistuksen ansiosta.
Kuten professori Kelly selitti äskettäisessä UCLA: n lehdistötiedotteessa, tämä salli väliaikaisesti Icaruksen näkyä ensimmäistä kertaa tähtitieteilijöille:
"Siellä voi nähdä yksittäisiä galakseja, mutta tämä tähti on vähintään 100 kertaa kauempana kuin seuraava yksittäinen tähti, jota voimme tutkia, paitsi supernoova-räjähdyksissä."
Kelly ja joukko tähtitieteilijöitä olivat käyttäneet Hubble ja MACS J1149 + 2223 suurentamaan ja seuraamaan supernovaa kaukaisessa spiraaligalaksissa silloin, kun he havaitsivat uuden valopisteen kaukana. Uuden lähteen aseman perusteella he päättivät, että sen tulisi olla paljon suurempi kuin supernoova. Lisäksi tämän galaksin aiemmissa tutkimuksissa ei ollut näytetty valonlähdettä, mikä osoitti sen olevan linssillä.
Kuten UCLA-yliopiston fysiikan ja tähtitieteen professori ja tutkimuksen avustaja Tommaso Treu totesi:
”Tähti on niin kompakti, että se toimii nastareiäna ja tarjoaa erittäin terävän valonsäteen. Palkki paistaa galaksien etualalla olevan klusterin läpi ja toimii kosmisena suurennuslasina ... Löydä lisää tällaisia tapahtumia on erittäin tärkeää, jotta voimme edistyä ymmärryksessämme maailmankaikkeuden perustavanlaatuisesta koostumuksesta.
Tähden valo antoi tässä tapauksessa ainutlaatuisen mahdollisuuden testata teoriaa näkymättömästä massasta (alias. ”Tumma aine”), joka tunkeutuu maailmankaikkeuteen. Periaatteessa ryhmä käytti taustatähden tarjoamaa tarkkaa valonlähdettä koettaakseen väliintuloon osallistuvan galaksiklusterin ja tarkistaa, sisälsikö se valtavia määriä alkuperäisiä mustia reikiä, joita pidetään potentiaalisena ehdottomana pimeälle aineelle.
Näiden mustien reikien uskotaan muodostuvan maailmankaikkeuden syntymän aikana, ja niiden massoja on kymmeniä kertoja suurempi kuin aurinko. Tämän testin tulokset kuitenkin osoittivat, että valon heilahteluita taustan tähdestä, jota oli tarkkailtu Hubble 13 vuoden ajan pidä tätä teoriaa suvaitsematta. Jos tumma aine koostuisi todella pienistä mustista reikistä, Icaruksesta tuleva valo olisi näyttänyt paljon erilaiselta.
Koska Icarus löydettiin vuonna 2016 gravitaatiolinssimenetelmällä, se on tarjonnut tähtitieteilijöille uuden tavan tarkkailla ja tutkia yksittäisiä tähtiä kaukaisissa galakseissa. Näin toimiessaan tähtitieteilijät voivat harvoin ja yksityiskohtaisesti katsoa varhaisen maailmankaikkeuden yksittäisiä tähtiä ja nähdä kuinka ne (eikä vain galaksit ja klusterit) kehittyneet ajan myötä.
Kun James Webbin avaruuskaukoputki (JWST) otetaan käyttöön vuonna 2020, tähtitieteilijät odottavat entistä paremman ilmeen ja oppivat niin paljon enemmän tästä salaperäisestä jaksosta kosmisessa historiassa.
