Medan vi skannar himlen för att mäta positionen för över en miljard stjärnor i vår galax, ESA:s Gaia-satellit har upptäckt två sällsynta fall av stjärnor vars ljus tillfälligt förstärkts av andra himmelska objekt som passerar över deras synlinjer. En av dessa stjärnor förväntas bli ljusare snart igen. Gaias mätningar kommer att vara avgörande för att lära sig mer om naturen hos dessa "kosmiska förstoringsglas".

De två händelserna identifierades i juli och augusti 2016, respektive, av Gaia Photometric Science Alerts Team, som granskar Gaia-data och letar efter astronomiska källor som under en kort tid, mycket ljusare än vanligt.

Än så länge, teamet har upptäckt över tusen transienta källor, de flesta är stjärnor som genomgår ett stort utbrott, eller supernovaexplosioner i slutet av en stjärnas liv. Upptäckterna tillkännages nu rutinmässigt för det astronomiska samfundet, via Gaia Photometric Science Alerts webbplats, så att andra astronomer kan följa upp, i tid, med andra teleskop.

Vid sällsynta tillfällen, det finns också ett annat fenomen som kan ge en plötslig ökning av en stjärnas ljusstyrka:gravitationen hos andra himmelska objekt som råkar passera mellan stjärnan och betraktaren.

Enligt Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, gravitationen orsakar massiva föremål – som stjärnor, planeter, galaxer eller svarta hål – för att böja rymdtidens tyg. Detta förvränger också vägarna för ljusstrålar som passerar i närheten.

När ett så massivt föremål är exakt i linje mellan en avlägsen ljuskälla och en observatör, den fungerar som en gravitationslins, och betraktaren kan se en dramatisk ökning (och efterföljande minskning) av källans ljusstyrka – ungefär som när vi observerar något genom ett förstoringsglas. Detta fenomen kallas gravitationell mikrolinsning.

"Mikrolinsning av stjärnor i vår galax är mycket användbart för att gräva upp föremål som inte avger ljus, som svarta hål, men kan fortfarande förvränga ljuset som kommer från bakgrundsstjärnor, " förklarar Łukasz Wyrzykowski, från Warszawas universitets astronomiska observatorium, Polen, och en medlem av Gaia Photometric Science Alerts Team.

"Stjärnor, flera stjärnsystem och till och med planetsystem kan fungera som gravitationslinser, var och en ger upphov till olika mönster av variationer av bakgrundsstjärnans ljusstyrka."

Gaias första upptäckt av en sådan händelse, klassad som Gaia16aua och smeknamnet av laget Auala, efter en liten by i Samoa, är en svag stjärna av magnituden 19 som plötsligt ljusnade med två magnituder. Ljusstyrkans ökning och efterföljande minskning observerades oberoende, både av Gaia och av det markbaserade Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). De markbaserade observationerna gav en längre och tätare baslinje av data, bekräftar att ljusstyrkevariationerna som observerades av Gaia faktiskt orsakades av en mikrolinsningshändelse.

Effekten av gravitationslinser beror på linsens massa – såväl som på de relativa avstånden mellan källan, lins och observatör. I fallet med en nästan perfekt anpassning mellan källor, lins och observatör, bakgrundsstjärnans ljusstyrka ökar och dess position på himlen verkar något förskjuten. Genom att mäta båda dessa små effekter, det är möjligt att uppskatta massan av det osynliga föremålet som fungerar som en lins.

Vad gör det speciellt att hitta mikrolinsningsevenemang med Gaia, ett uppdrag vars vetenskapliga mål är att mäta stjärnpositioner på himlen med oöverträffad noggrannhet, är att astronomer kommer att kunna mäta källans rörelse på himlen eftersom dess ljusstyrka varierar på grund av gravitationslinser.

"Genom att kombinera Gaias information om förändringarna i bakgrundsstjärnans position med markbaserade data om dess ljusstyrkavariationer, vi kommer att kunna uppskatta massan av föremålet som böjde dess ljus med mycket god precision, " förklarar Timo Prusti, Gaia Project Scientist på ESA.

"Linsen i det här fallet kan vara antingen en stjärna eller ett svart hål, och ytterligare analys kommer att visa."

Gaias andra mikrolinsningsevenemang, klassad som Gaia16aye och smeknamnet Ayers Rock efter det berömda landmärket i Australien, är kanske ännu mer spännande. Efter den första upptäckten av Gaia av en onormal ökning av ljusstyrkan för denna magnitud 14,5 stjärna i augusti förra året, astronomer började observera det med många teleskop på marken, avslöjar ett ganska märkligt mönster av ljusstyrkavariationer.

Istället för en enda uppgång och nedgång, stjärnan har genomgått två på varandra följande ljusstyrketoppar av ungefär två magnituder, blev sedan svagare i några veckor. Den uppvisade senare en kraftig ökning till magnitud 12 och sjönk snabbt igen.

"Det här invecklade mönstret tyder på att stjärnan inte objektiveras av ett enda föremål utan snarare av ett binärt system, säger Przemek Mróz, doktorand vid Warszawas astronomiska observatorium.

Stjärnans ljusstyrka förväntas genomgå en sista ökning under de kommande veckorna, nå omkring magnituden 12 under några timmar, och frekventa observationer utförs för närvarande av professionella och amatörastronomer över hela världen. Wyrzykowski och hans kollegor ser fram emot fler observatörer, inklusive skolor med små teleskop, ansluter sig till den sista fasen av denna övervakningskampanj.

Den fullständiga datamängden, tillsammans med Gaias uppskattning av stjärnans position, kommer att vara avgörande för att avslöja massan och naturen hos förgrundslinsen.

Astronomerna tror att boven sannolikt är ett binärt system av stjärnor, men det är också möjligt att en planet, eller till och med ett svart hål, är en del av systemet.

En annan egenhet är att båda linsstjärnorna som hittats av Gaia finns i spiralarmarna av vår Vintergatans galax – något som är extremt sällsynt.

"Mikrolinsning sker för en på en miljon stjärnor när vi observerar mot Galactic Centre, men bara ungefär en gång på hundra miljoner för spiralarmsstjärnor, " förklarar Wyrzykowski.

"Vi hade mycket tur att hitta dessa två evenemang, " tillägger Simon Hodgkin, chef för Gaia Photometric Science Alerts Team vid Institute of Astronomy i Cambridge, STORBRITANNIEN.

Under de senaste två decennierna, astronomer har regelbundet observerat mikrolinsning av stjärnor med hjälp av teleskop på jorden, leder till många fynd inklusive upptäckten av flera exoplaneter.

Medan markbaserade undersökningar bara kan övervaka enskilda fläckar på himlen, Gaia kan nu upptäcka dessa händelser över hela den himmelska sfären, och kombinationen av olika data som samlats in från marken och rymden kan avslöja mer information om naturen hos dessa kosmiska linser.

Efter över två år av Gaias vetenskapliga verksamhet, Photometric Science Alerts Team har utvecklat mycket effektiva algoritmer för att upptäcka övergående händelser, och planerar att förfina dessa ytterligare för att förbättra effektiviteten för mikrolinsdetektering.