En 500-dagars global observationskampanj som leddes för mer än tre år sedan av ESA:s galaxkartläggningskraftverk Gaia har gett oöverträffade insikter i det binära systemet av stjärnor som orsakade en ovanlig ljusning av en ännu mer avlägsen stjärna.

Stjärnans ljusning, belägen i konstellationen Cygnus, upptäcktes första gången i augusti 2016 av Gaia Photometric Science Alerts-programmet.

Detta system, upprätthålls av Institute of Astronomy vid University of Cambridge, STORBRITANNIEN, skannar dagligen den enorma mängden data som kommer från Gaia och uppmärksammar astronomer på uppkomsten av nya källor eller ovanliga ljusstyrkavariationer hos kända, så att de snabbt kan rikta andra mark- och rymdbaserade teleskop för att studera dem i detalj. Fenomenet kan innefatta supernovaexplosioner och andra stjärnutbrott.

I det här specifika fallet, uppföljande observationer utförda med mer än 50 teleskop världen över avslöjade att källan – sedan dess hette Gaia16aye – betedde sig på ett ganska konstigt sätt.

"Vi såg stjärnan bli ljusare och ljusare och sedan, inom en dag, dess ljusstyrka sjönk plötsligt, säger Lukasz Wyrzykowski från Astronomical Observatory vid Warszawas universitet, Polen, som är en av forskarna bakom Gaia Photometric Science Alert-programmet.

"Detta var ett mycket ovanligt beteende. Knappast någon typ av supernova eller annan stjärna gör detta."

Lukasz och medarbetare insåg snart att denna ljusning orsakades av gravitationell mikrolinsning – en effekt som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori, orsakad av böjning av rumtiden i närheten av mycket massiva föremål, som stjärnor eller svarta hål.

När ett så massivt föremål, som kan vara för svag för att kunna observeras från jorden, passerar framför en annan, mer avlägsna ljuskälla, dess gravitation böjer rymdtidens väv i dess närhet. Detta förvränger vägen för ljusstrålar som kommer från bakgrundskällan - i huvudsak beter sig som ett gigantiskt förstoringsglas.

Gaia16aye är den andra händelsen med mikrolinser som upptäckts av ESA:s stjärnmätare. Dock, astronomerna märkte att det betedde sig konstigt även för denna typ av händelse.

"Om du har en enda lins, orsakad av ett enda föremål, det skulle bara finnas en liten, en stadig ökning av ljusstyrkan och sedan skulle det bli en jämn minskning när linsen passerar framför den avlägsna källan och sedan rör sig bort, säger Lukasz.

"I detta fall, inte bara sjönk stjärnans ljusstyrka kraftigt snarare än jämnt, men efter ett par veckor ljusnade det upp igen, vilket är väldigt ovanligt. Under de 500 dagarna av observation, vi har sett det ljusna upp och minska fem gånger."

Denna plötsliga och kraftiga minskning av ljusstyrkan antydde att gravitationslinsen som orsakade ljusningen måste bestå av ett binärt system - ett par stjärnor, eller andra himmelska föremål, bundna till varandra av ömsesidig gravitation.

De kombinerade gravitationsfälten för de två objekten producerar en lins med ett ganska intrikat nätverk av områden med hög förstoring. När en bakgrundskälla passerar genom sådana områden på himlens plan, det lyser, och dämpas sedan direkt när du lämnar den.

Från mönstret av efterföljande ljusningar och nedtoningar, astronomerna kunde dra slutsatsen att det binära systemet roterade i ganska snabb takt.

"Rotationen var tillräckligt snabb och den övergripande mikrolinsningshändelsen långsam nog att bakgrundsstjärnan gick in i området med hög förstoring, lämnade den och skrev sedan in den igen, säger Lukasz.

Den långa observationsperioden, som varade till slutet av 2017, och det omfattande deltagandet av markbaserade teleskop från hela världen gjorde det möjligt för astronomerna att samla in en stor mängd data – nästan 25 000 individuella datapunkter.

Dessutom, teamet använde sig också av dussintals observationer av denna stjärna som samlats in av Gaia när den fortsatte att skanna himlen under månaderna. Dessa data har genomgått en preliminär kalibrering och offentliggjordes som en del av Gaia Science Alerts-programmet.

Från denna datamängd, Lukasz och hans kollegor kunde lära sig mycket detaljer om det binära systemet av stjärnor.

"Vi ser inte det här binära systemet alls, men från att bara se effekterna som den skapade genom att fungera som en lins på en bakgrundsstjärna, vi kunde berätta allt om det, " säger medförfattaren Przemek Mróz, som var Ph.D. student vid universitetet i Warszawa när kampanjen startade, och är för närvarande postdoktor vid California Institute of Technology.

"Vi kan bestämma rotationsperioden för systemet, massorna av dess komponenter, deras separation, formen på deras banor - i princip allt - utan att se ljuset från de binära komponenterna."

Paret består av två ganska små stjärnor, med 0,57 och 0,36 gånger vår sols massa, respektive. Separerade med ungefär två gånger avståndet jord-sol, stjärnorna kretsar runt sin gemensamma massacentrum på mindre än tre år.

"Om det inte var för att Gaia skannade hela himlen och sedan skickade varningarna direkt, vi skulle aldrig ha känt till den här mikrolinsningshändelsen, säger medförfattaren Simon Hodgkin från University of Cambridge, som leder Gaia Science Alerts-programmet.

"Kanske vi skulle ha hittat det senare, men då kan det ha varit för sent."

Den detaljerade förståelsen av det binära systemet förlitade sig på den omfattande observationskampanjen och på det breda internationella engagemang som Gaia16aye-evenemanget lockade.

"Vi erkänner de professionella astronomerna, amatörastronomer och frivilliga från hela världen som har observerat denna händelse:utan alla dessa människors engagemang skulle vi inte ha kunnat få sådana resultat, säger Lukasz.

"Mikrolinsningshändelser som denna kan kasta ljus över himmelska föremål som vi annars inte skulle kunna se, säger Timo Prusti, Gaia Project Scientist på ESA.

"Vi är glada över att Gaias upptäckt utlöste observationskampanjen som gjorde det här resultatet möjligt."

"Full orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye" av L. Wyrzykowski et al är publicerad i Astronomi och astrofysik .