Khi muốn nghiên cứu các vật thể ở xa nhất trong Vũ trụ, các nhà thiên văn học thường dựa vào một kỹ thuật được gọi là thấu kính hấp dẫn. Dựa trên các nguyên lý của Thuyết tương đối Einstein Einstein, kỹ thuật này liên quan đến việc dựa vào sự phân bố lớn của vật chất (như cụm thiên hà hoặc ngôi sao) để phóng đại ánh sáng đến từ một vật thể ở xa, do đó làm cho nó trông sáng hơn và lớn hơn.
Kỹ thuật này đã cho phép nghiên cứu các ngôi sao riêng lẻ ở các thiên hà xa xôi. Trong một nghiên cứu gần đây, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã sử dụng một cụm thiên hà để nghiên cứu ngôi sao cá nhân xa nhất từng thấy trong Vũ trụ. Mặc dù nó thường mờ nhạt để quan sát, sự hiện diện của cụm thiên hà phía trước cho phép nhóm nghiên cứu ngôi sao để kiểm tra một lý thuyết về vật chất tối.
Nghiên cứu mô tả nghiên cứu của họ gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Thiên văn học thiên nhiên dưới tiêu đề Độ phóng đại cực cao của một ngôi sao riêng lẻ ở độ lệch đỏ 1,5 bởi một thấu kính cụm thiên hà. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Patrick L. Kelly, trợ lý giáo sư Đại học Minnesota, và bao gồm các thành viên từ Đài thiên văn Las Cumbres, Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia, Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), và nhiều trường đại học và tổ chức nghiên cứu.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, Giáo sư Kelly và các cộng sự đã sử dụng cụm thiên hà có tên MACS J1149 + 2223 làm ống kính của họ. Nằm cách Trái đất khoảng 5 tỷ năm ánh sáng, cụm thiên hà này nằm giữa Hệ Mặt trời và thiên hà có chứa Icarus. Bằng cách kết hợp độ phân giải và độ nhạy của Hubble với sức mạnh của thấu kính hấp dẫn này, nhóm nghiên cứu đã có thể nhìn thấy và nghiên cứu Icarus, một người khổng lồ màu xanh.
Icarus, được đặt theo tên của nhân vật thần thoại Hy Lạp bay quá gần Mặt trời, đã có một lịch sử khá thú vị. Ở khoảng cách gần 9 tỷ năm ánh sáng từ Trái đất, ngôi sao xuất hiện với chúng ta như khi vũ trụ chỉ mới 4,4 tỷ năm tuổi. Vào tháng 4 năm 2016, ngôi sao tạm thời phát sáng gấp 2.000 lần độ sáng bình thường nhờ sự khuếch đại lực hấp dẫn của một ngôi sao trong MACS J1149 + 2223.
Như Giáo sư Kelly đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của UCLA, điều này tạm thời cho phép Icarus lần đầu tiên được nhìn thấy đối với các nhà thiên văn học:
Bạn có thể thấy các thiên hà riêng lẻ ngoài kia, nhưng ngôi sao này cách xa ít nhất 100 lần so với ngôi sao riêng lẻ tiếp theo mà chúng ta có thể nghiên cứu, ngoại trừ vụ nổ siêu tân tinh.
Kelly và một nhóm các nhà thiên văn học đã và đang sử dụng Hubble và MACS J1149 + 2223 để phóng to và giám sát một siêu tân tinh trong thiên hà xoắn ốc xa xôi vào thời điểm chúng phát hiện ra điểm sáng mới cách đó không xa. Với vị trí của nguồn mới, họ xác định rằng nó nên được phóng đại cao hơn nhiều so với siêu tân tinh. Hơn nữa, những nghiên cứu trước đây về thiên hà này đã không cho thấy nguồn sáng, cho thấy nó đang được thấu kính.
Như Tommaso Treu, giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học UCLA và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã chỉ ra:
Ngôi sao nhỏ gọn đến nỗi nó hoạt động như một lỗ kim và cung cấp một chùm ánh sáng rất sắc nét. Chùm tia sáng xuyên qua cụm thiên hà phía trước, đóng vai trò như một kính lúp vũ trụ Tìm kiếm thêm các sự kiện như vậy là rất quan trọng để đạt được tiến bộ trong sự hiểu biết của chúng ta về thành phần cơ bản của vũ trụ.
Trong trường hợp này, ánh sáng sao Star cung cấp một cơ hội duy nhất để kiểm tra một lý thuyết về khối lượng vô hình (hay còn gọi là vật chất tối tối) thấm vào vũ trụ. Về cơ bản, nhóm nghiên cứu đã sử dụng nguồn sáng xác định được cung cấp bởi ngôi sao nền để thăm dò cụm thiên hà can thiệp và xem liệu nó có chứa số lượng lớn các lỗ đen nguyên thủy, được coi là ứng cử viên tiềm năng cho vật chất tối hay không.
Những lỗ đen này được cho là đã hình thành trong quá trình ra đời của Vũ trụ và có khối lượng lớn gấp hàng chục lần Mặt trời. Tuy nhiên, kết quả của thử nghiệm này cho thấy các dao động ánh sáng từ ngôi sao nền, được theo dõi bởi Hubble trong mười ba năm, làm mất lý thuyết này. Nếu vật chất tối thực sự được tạo thành từ các lỗ đen nhỏ, ánh sáng phát ra từ Icarus sẽ trông khác đi nhiều.
Kể từ khi được phát hiện vào năm 2016 bằng phương pháp thấu kính hấp dẫn, Icarus đã cung cấp một cách mới cho các nhà thiên văn học quan sát và nghiên cứu các ngôi sao riêng lẻ trong các thiên hà xa xôi. Khi làm như vậy, các nhà thiên văn học có thể có được cái nhìn chi tiết và hiếm hoi về các ngôi sao riêng lẻ trong Vũ trụ ban đầu và xem chúng (và không chỉ các thiên hà và cụm) phát triển theo thời gian.
Khi mà Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) được triển khai vào năm 2020, các nhà thiên văn học hy vọng sẽ có được cái nhìn thậm chí tốt hơn và tìm hiểu nhiều hơn về thời kỳ bí ẩn này trong lịch sử vũ trụ.
