Durante la scansione del cielo per misurare la posizione di oltre un miliardo di stelle nella nostra Galassia, Il satellite Gaia dell'ESA ha rilevato due rari casi di stelle la cui luce è stata temporaneamente potenziata da altri oggetti celesti che attraversano le loro linee di vista. Una di queste stelle dovrebbe tornare a brillare presto. Le misurazioni di Gaia saranno strumentali per saperne di più sulla natura di queste "lenti d'ingrandimento cosmiche".

I due eventi sono stati individuati nei mesi di luglio e agosto 2016, rispettivamente, dal Gaia Photometric Science Alerts Team, che scrutano i dati di Gaia alla ricerca di fonti astronomiche che siano, per un breve periodo di tempo, molto più luminoso del solito.

Finora, il team ha rilevato oltre un migliaio di fonti transitorie, la maggior parte delle quali sono stelle in fase di grande sfogo, o esplosioni di supernova alla fine della vita di una stella. Le scoperte vengono ora regolarmente annunciate alla comunità astronomica, tramite il sito Web Gaia Photometric Science Alerts, in modo che altri astronomi possano seguire, in modo tempestivo, con altri telescopi.

In rare occasioni, c'è anche un altro fenomeno che può produrre un aumento improvviso della luminosità di una stella:la gravità di altri oggetti celesti che capita di passare tra la stella e l'osservatore.

Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein, la gravità provoca oggetti massicci - come stelle, pianeti, galassie o buchi neri – per piegare il tessuto dello spaziotempo. Ciò distorce anche i percorsi dei raggi luminosi che passano nelle vicinanze.

Quando un oggetto così massiccio è esattamente allineato tra una lontana fonte di luce e un osservatore, agisce come una lente gravitazionale, e l'osservatore può vedere un drammatico aumento (e conseguente diminuzione) della luminosità della sorgente, proprio come quando osserviamo qualcosa attraverso una lente d'ingrandimento. Questo fenomeno è chiamato microlente gravitazionale.

"Il microlensing delle stelle nella nostra Galassia è molto utile per scavare oggetti che non emettono luce, come buchi neri, ma può ancora distorcere la luce proveniente dalle stelle di fondo, " spiega Łukasz Wyrzykowski, dall'Osservatorio Astronomico dell'Università di Varsavia, Polonia, e membro del Gaia Photometric Science Alerts Team.

"Stelle, più sistemi stellari e persino sistemi planetari possono fungere da lenti gravitazionali, ciascuno dando origine a un diverso modello di variazioni alla luminosità della stella di sfondo."

Il primo rilevamento da parte di Gaia di un tale evento, classificato come Gaia16aua e soprannominato dal team Auala, dopo un piccolo villaggio delle Samoa, è una debole stella di magnitudine 19 che improvvisamente si è illuminata di due magnitudini. L'aumento della luminosità e la successiva diminuzione sono stati osservati indipendentemente, sia da Gaia che dall'esperimento di lente gravitazionale ottico a terra (OGLE). Le osservazioni a terra hanno fornito una base di dati più lunga e densa, confermando che le variazioni di luminosità osservate da Gaia erano in realtà causate da un evento di microlente.

L'effetto della lente gravitazionale dipende dalla massa della lente, nonché dalle distanze relative tra sorgente, lente e osservatore. Nel caso di un allineamento quasi perfetto tra sorgente, lente e osservatore, la luminosità della stella di sfondo aumenta e la sua posizione nel cielo appare leggermente spostata. Misurando entrambi questi piccoli effetti, è possibile stimare la massa dell'oggetto invisibile che funge da lente.

Cosa rende speciale trovare eventi di microlente con Gaia, una missione il cui obiettivo scientifico è misurare le posizioni stellari nel cielo con una precisione senza precedenti, è che gli astronomi saranno in grado di misurare il movimento della sorgente sul cielo al variare della sua luminosità a causa della lente gravitazionale.

"Combinando le informazioni di Gaia sui cambiamenti di posizione della stella di fondo con i dati a terra delle sue variazioni di luminosità, saremo in grado di stimare la massa dell'oggetto che ha piegato la sua luce con un'ottima precisione, " spiega Timo Prusti, Gaia Project Scientist presso l'ESA.

"L'obiettivo in questo caso potrebbe essere una stella o un buco nero, e ulteriori analisi lo diranno."

Il secondo evento di microlenti di Gaia, classificato come Gaia16aye e soprannominato Ayers Rock dopo il famoso punto di riferimento in Australia, è forse ancora più intrigante. Dopo la scoperta iniziale da parte di Gaia di un anomalo aumento della luminosità di questa stella di magnitudine 14,5 lo scorso agosto, gli astronomi iniziarono ad osservarlo con molti telescopi a terra, rivelando uno schema piuttosto peculiare di variazioni di luminosità.

Invece di un'unica ascesa e caduta, la stella ha subito due picchi di luminosità consecutivi di circa due magnitudini, poi è diventato più debole per alcune settimane. In seguito ha mostrato un forte aumento fino alla magnitudo 12 ed è rapidamente diminuito di nuovo.

"Questo schema intricato suggerisce che la stella non è stata illuminata da un singolo oggetto ma piuttosto da un sistema binario, "dice Przemek Mróz, uno studente di dottorato presso l'Osservatorio Astronomico di Varsavia.

La luminosità della stella dovrebbe subire un'impennata finale nelle prossime settimane, raggiungendo per alcune ore intorno alla magnitudo 12, e frequenti osservazioni sono attualmente effettuate da astronomi professionisti e dilettanti in tutto il mondo. Wyrzykowski e i suoi colleghi non vedono l'ora che arrivino altri osservatori, comprese le scuole con piccoli telescopi, partecipare alla fase finale di questa campagna di monitoraggio.

Il set di dati completo, insieme alla stima di Gaia della posizione della stella, sarà strumentale per rivelare la massa e la natura dell'obiettivo in primo piano.

Gli astronomi pensano che il colpevole sia molto probabilmente un sistema binario di stelle, ma è anche possibile che un pianeta, o anche un buco nero, fanno parte del sistema.

Un'altra particolarità è che entrambe le stelle con lente trovate da Gaia si trovano nei bracci a spirale della nostra galassia, la Via Lattea, cosa estremamente rara.

"Il microlensing avviene per una stella su un milione quando osserviamo verso il Centro Galattico, ma solo una volta su cento milioni per le stelle a braccio di spirale, " spiega Wyrzykowski.

"Siamo stati estremamente fortunati a trovare questi due eventi, "aggiunge Simon Hodgkin, capo del Gaia Photometric Science Alerts Team presso l'Institute of Astronomy di Cambridge, UK.

Negli ultimi due decenni, gli astronomi hanno osservato regolarmente la microlente delle stelle usando i telescopi sulla Terra, portando a molte scoperte tra cui la scoperta di diversi esopianeti.

Mentre i rilievi a terra possono monitorare solo singole parti del cielo, Gaia ora può rilevare questi eventi sull'intera sfera celeste, e la combinazione di diversi dati raccolti dal suolo e dallo spazio potrebbe rivelare maggiori informazioni sulla natura di queste lenti cosmiche.

Dopo oltre due anni di attività scientifica di Gaia, il Photometric Science Alerts Team ha sviluppato algoritmi molto efficienti per rilevare eventi transitori, e stanno pianificando di perfezionarli ulteriormente per migliorare l'efficienza dei rilevamenti di microlenti.