Galaxy Cluster Abell 2218 làm biến dạng ánh sáng từ một số thiên hà xa hơn. Tín dụng hình ảnh: ESO. Nhấn vào đây để phóng to.
Năm mươi năm sau khi ông qua đời, công việc của Albert Einstein vẫn cung cấp các công cụ mới để hiểu vũ trụ của chúng ta. Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế hiện đã sử dụng một hiện tượng được tiên đoán bởi Einstein vào năm 1936, được gọi là thấu kính hấp dẫn, để xác định hình dạng của các ngôi sao. Hiện tượng này, do ảnh hưởng của trọng lực lên các tia sáng, dẫn đến sự phát triển của các kỹ thuật quang học hấp dẫn, trong số đó có vi phân hấp dẫn. Đây là lần đầu tiên kỹ thuật nổi tiếng này được sử dụng để xác định hình dạng của một ngôi sao.
Hầu hết các ngôi sao trên bầu trời đều giống như điểm, khiến cho việc đánh giá hình dạng của chúng rất khó khăn. Những tiến bộ gần đây trong giao thoa quang học đã giúp có thể đo được hình dạng của một vài ngôi sao. Ví dụ, vào tháng 6 năm 2003, ngôi sao Achernar (Alpha Eridani) được tìm thấy là ngôi sao phẳng nhất từng thấy, sử dụng các quan sát từ Giao thoa kế Kính viễn vọng Rất lớn (xem Thông cáo báo chí ESO để biết chi tiết về khám phá này). Cho đến nay, chỉ có một vài phép đo hình dạng sao được báo cáo, một phần do khó thực hiện các phép đo như vậy. Tuy nhiên, điều quan trọng là để có được các xác định chính xác hơn về hình dạng sao, vì các phép đo như vậy giúp kiểm tra các mô hình sao theo lý thuyết.
Lần đầu tiên, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế [1], dẫn đầu bởi N.J. Rattenbury (từ Đài thiên văn Jodrell, Vương quốc Anh), đã áp dụng các kỹ thuật thấu kính hấp dẫn để xác định hình dạng của một ngôi sao. Những kỹ thuật này dựa vào sự uốn cong hấp dẫn của các tia sáng. Nếu ánh sáng đến từ một nguồn sáng truyền gần một vật thể lớn phía trước, các tia sáng sẽ bị bẻ cong và hình ảnh của nguồn sáng sẽ bị thay đổi. Nếu vật thể khổng lồ phía trước (‘ống kính) giống như điểm và thẳng hàng hoàn hảo với Trái đất và nguồn sáng, thì hình ảnh bị thay đổi khi nhìn từ Trái đất sẽ có hình dạng vòng, cái gọi là‘ Einstein ring nhẫn. Tuy nhiên, hầu hết các trường hợp thực tế khác với tình huống lý tưởng này và hình ảnh quan sát được thay đổi theo cách phức tạp hơn. Hình ảnh dưới đây cho thấy một ví dụ về thấu kính hấp dẫn bởi một cụm thiên hà khổng lồ.
Vi phân trọng lực, được sử dụng bởi Rattenbury và các đồng nghiệp của ông, cũng dựa vào độ lệch của các tia sáng bằng trọng lực. Vi phân trọng lực là thuật ngữ được sử dụng để mô tả các sự kiện thấu kính hấp dẫn trong đó thấu kính không đủ lớn để tạo ra hình ảnh có thể phân giải được của nguồn nền. Hiệu ứng vẫn có thể được phát hiện vì hình ảnh bị bóp méo của nguồn sáng hơn nguồn không được cấp phép. Do đó, hiệu ứng có thể quan sát được của microlensing hấp dẫn là một độ phóng đại rõ ràng tạm thời của nguồn nền. Trong một số trường hợp, hiệu ứng microlensing có thể làm tăng độ sáng của nguồn nền lên tới 1000. Như Einstein đã chỉ ra, sự sắp xếp cần thiết cho hiệu ứng microlensing được quan sát là rất hiếm. Hơn nữa, vì tất cả các ngôi sao đang chuyển động, hiệu ứng là nhất thời và không lặp lại. Các sự kiện microlensing xảy ra trong khoảng thời gian từ vài tuần đến vài tháng và yêu cầu các cuộc điều tra dài hạn để được phát hiện. Các chương trình khảo sát như vậy đã tồn tại từ những năm 1990. Hôm nay, hai nhóm khảo sát đang hoạt động: hợp tác Nhật Bản / New Zealand được gọi là MOA (Quan sát vi mô trong vật lý thiên văn) và hợp tác Ba Lan / Princeton được gọi là OGLE (Thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học). Nhóm MOA quan sát từ New Zealand và nhóm OGLE từ Chile. Chúng được hỗ trợ bởi hai mạng tiếp theo là MicroFUN và PLANET / RoboNET, hoạt động khoảng một chục kính viễn vọng trên toàn cầu.
Kỹ thuật microlensing đã được áp dụng để tìm kiếm vật chất tối xung quanh Dải Ngân hà của chúng ta và các thiên hà khác. Kỹ thuật này cũng đã được sử dụng để phát hiện các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Lần đầu tiên, Rattenbury và các đồng nghiệp của mình đã có thể xác định hình dạng của một ngôi sao bằng kỹ thuật này. Sự kiện microlensing được sử dụng đã được phát hiện vào tháng 7 năm 2002 bởi nhóm MOA. Sự kiện này được đặt tên là MOA 2002-BLG-33 (sau đây là MOA-33). Kết hợp các quan sát về sự kiện này bằng năm kính viễn vọng trên mặt đất cùng với hình ảnh HST, Rattenbury và các đồng nghiệp đã thực hiện một phân tích mới về sự kiện này.
Thấu kính của sự kiện MOA-33 là một ngôi sao nhị phân và các hệ thống thấu kính nhị phân như vậy tạo ra các bóng đèn siêu nhỏ có thể cung cấp nhiều thông tin về cả hệ thống nguồn và ống kính. Hình dạng đặc biệt của hệ thống quan sát, thấu kính và nguồn trong sự kiện microlens MOA-33 có nghĩa là độ phóng đại phụ thuộc thời gian quan sát của ngôi sao nguồn rất nhạy cảm với hình dạng thực của chính nguồn đó. Hình dạng của ngôi sao nguồn trong các sự kiện microlensing thường được coi là hình cầu. Việc đưa các tham số mô tả hình dạng của ngôi sao nguồn vào phân tích cho phép xác định hình dạng của ngôi sao nguồn.
Rattenbury và các đồng nghiệp đã ước tính ngôi sao nền MOA-33 hơi dài, với tỷ lệ giữa bán kính cực và xích đạo là 1,02 -0,02 / + 0,04. Tuy nhiên, với sự không chắc chắn của phép đo, hình dạng tròn của ngôi sao không thể được loại trừ hoàn toàn. Hình dưới đây so sánh hình dạng của ngôi sao nền MOA-33 với những ngôi sao được đo gần đây cho Altair và Achernar. Trong khi cả Altair và Achernar chỉ là một vài phân tích từ Trái đất, thì ngôi sao nền MOA-33 là một ngôi sao ở xa hơn (khoảng 5000 phân tích từ Trái đất). Thật vậy, kỹ thuật giao thoa kế chỉ có thể được áp dụng cho các ngôi sao sáng (gần đó). Ngược lại, kỹ thuật microlensing giúp xác định hình dạng của các ngôi sao ở xa hơn nhiều. Thật vậy, hiện tại không có kỹ thuật thay thế để đo hình dạng của các ngôi sao xa xôi.
Kỹ thuật này, tuy nhiên, đòi hỏi cấu hình hình học rất cụ thể (và hiếm). Từ những cân nhắc thống kê, nhóm nghiên cứu ước tính rằng khoảng 0,1% trong số tất cả các sự kiện vi lọc được phát hiện sẽ có cấu hình cần thiết. Khoảng 1000 sự kiện microlensing được quan sát hàng năm. Họ sẽ trở nên nhiều hơn nữa trong tương lai gần. Nhóm MOA hiện đang vận hành một kính viễn vọng trường rộng 1,8m mới do Nhật Bản cung cấp, sẽ phát hiện các sự kiện với tốc độ gia tăng. Ngoài ra, một nhóm lãnh đạo Hoa Kỳ đang xem xét các kế hoạch cho một nhiệm vụ trên không gian có tên là Microlensing Planet Finder. Điều này đang được thiết kế để cung cấp một điều tra dân số về tất cả các loại hành tinh trong Thiên hà. Là sản phẩm phụ, nó cũng sẽ phát hiện các sự kiện như MOA-33 và cung cấp thông tin về hình dạng của các ngôi sao.
Nguồn gốc: Đài thiên văn Jodrell Bank
