Ikaros, vars officiella namn är MACS J1149+2223 Lensed Star 1, är den längsta enskilda stjärnan som någonsin setts. Det är bara synligt för att det förstoras av gravitationen hos en massiv galaxhop, ligger cirka 5 miljarder ljusår från jorden. Kallas MACS J1149+2223, detta kluster, visas till vänster, sitter mellan jorden och galaxen som innehåller den avlägsna stjärnan. Teamet hade använt Hubble för att övervaka en supernova i den avlägsna spiralgalaxen när, under 2016, de såg en ljuspunkt nära supernovan som började ljusna. Även om föremålet därefter blev tre gånger ljusare på en månad, färgerna på ljuset som kom från föremålet ändrades inte. Analys av dessa färger visade att det var en blå superjättestjärna i bakgrundsgalaxen vars förstoring växte i flera veckor på grund av ett mellanliggande föremål, förmodligen en stjärna, i galaxhopen. Panelerna till höger visar utsikten 2011, utan Ikaros synlig, jämfört med stjärnans ljusning 2016. Kredit:NASA, ESA, och P. Kelly, University of Minnesota
Tack vare en sällsynt kosmisk inriktning, astronomer har fångat den mest avlägsna normala stjärnan som någonsin observerats, cirka 9 miljarder ljusår från jorden.
Medan astronomer rutinmässigt studerar galaxer mycket längre bort, de är synliga bara för att de lyser med miljarder stjärnors ljusstyrka. Och en supernova, ofta ljusare än galaxen där den sitter, kan också vara synliga över hela universum.
Bortom ett avstånd på cirka 100 miljoner ljusår, dock, stjärnorna i dessa galaxer är omöjliga att urskilja individuellt.
Men ett fenomen som kallas gravitationslinsning - ljusets böjning av massiva galaxhopar i siktlinjen - kan förstora det avlägsna universum och göra mörkare, synliga föremål på långt håll. Vanligtvis, linser förstorar galaxer med upp till 50 gånger, men i det här fallet, stjärnan förstorades mer än 2, 000 gånger. Det upptäcktes i NASAs Hubble Space Telescope-bilder tagna i slutet av april 2016 och så sent som i april 2017.
"Du kan se enskilda galaxer där ute, men denna stjärna är minst 100 gånger längre bort än nästa individuella stjärna vi kan studera, förutom supernovaexplosioner, " sa tidigare UC Berkeley postdoktorn Patrick Kelly, nu på fakulteten vid University of Minnesota, Tvillingstäder. Kelly är första författare till ett papper om upptäckten som dyker upp online denna vecka innan publicering i tidskriften Natur astronomi .
Upptäckten av stjärnan, som astronomer ofta hänvisar till som Ikaros snarare än med dess formella namn, MACS J1149 Lensed Star 1 (LS1), startar en ny teknik för astronomer att studera enskilda stjärnor i galaxer som bildades under universums tidigaste dagar. Dessa observationer kan ge en sällsynt titt på hur stjärnor utvecklas, speciellt de mest lysande.
"För första gången någonsin ser vi en individuell normal stjärna - inte en supernova, inte en gammastrålning, men en enda stabil stjärna - på ett avstånd av nio miljarder ljusår, sa Alex Filippenko, en professor i astronomi vid UC Berkeley och en av många medförfattare till rapporten. "Dessa linser är fantastiska kosmiska teleskop."
Astronomiteamet använde också Ikaros för att testa och förkasta en teori om mörk materia - att den består av många ursprungliga svarta hål som lurar inuti galaxhopar - och för att undersöka sammansättningen av normal materia och mörk materia i galaxhopen.
Einstein ring
Kelly lade märke till stjärnan när han övervakade en supernova som han upptäckte 2014 medan han använde Hubble för att titta genom en gravitationslins i konstellationen Lejonet. Den där supernovan, döpt till SN Refsdal för att hedra den framlidne norske astrofysikern Sjur Refsdal, en pionjär inom gravitationslinsstudier, delades upp i fyra bilder av linsen, en massiv galaxhop som heter MACS J1149+2223, ligger cirka 5 miljarder ljusår från jorden.
Misstänker att Ikaros kan vara mer förstorad än SN Refsdal, Kelly och hans team analyserade färgerna på ljuset som kom från den och upptäckte att det var en enda stjärna, en blå superjätte. Denna stjärna av B-typ är mycket större, mer massiv, varmare och möjligen hundratusentals gånger ljusare än vår sol, men fortfarande alldeles för långt borta för att se utan förstärkningen av gravitationslinser.
Genom att modellera linsen, de drog slutsatsen att den enorma uppenbara ljusningen av Ikaros förmodligen orsakades av en unik effekt av gravitationslinser. Medan en förlängd lins, som en galaxhop, kan bara förstora ett bakgrundsobjekt upp till 50 gånger, mindre föremål kan förstora mycket mer. En enda stjärna i en förgrundslins, om den är exakt i linje med en bakgrundsstjärna, kan förstora bakgrundsstjärnan tusentals gånger. I detta fall, en stjärna ungefär lika stor som vår sol passerade en kort stund direkt genom siktlinjen mellan den avlägsna stjärnan Ikaros och Hubble, ökar dess ljusstyrka mer än 2, 000 gånger.
Faktiskt, om inriktningen var perfekt, den enda stjärnan i klustret förvandlade ljuset från den avlägsna stjärnan till en "Einstein-ring":en gloria av ljus som skapas när ljus från den avlägsna stjärnan böjer sig runt alla sidor av linsstjärnan. Ringen är för liten för att urskilja från detta avstånd, men effekten gjorde stjärnan lätt synlig genom att förstora dess skenbara ljusstyrka.
Kelly såg en andra stjärna på Hubble-bilden, som antingen kan vara en spegelbild av Ikaros, eller en annan stjärna som är gravitationslinsad.
"Det finns sådana här justeringar överallt när bakgrundsstjärnor eller stjärnor i linsgalaxer rör sig, erbjuder möjligheten att studera mycket avlägsna stjärnor från det tidiga universum, precis som vi har använt gravitationslinser för att studera avlägsna galaxer, " sa Filippenko. "För den här typen av forskning, naturen har försett oss med ett större teleskop än vi kan bygga!"
När det gäller Ikaros, astronomerna förutspår att den kommer att förstoras många gånger under det kommande decenniet när klusterstjärnor rör sig, kanske öka dess ljusstyrka så mycket som 10, 000 gånger.
