Il fenomeno di "microlente gravitazionale" avviene quando la luce di una stella di sfondo (sorgente) giunge a noi sotto forma di più immagini, a causa dell'influenza gravitazionale di un altro oggetto massiccio (lente) posto tra noi e la sorgente. Dato che la luminosità superficiale della sorgente è preservata ma la sua immagine è moltiplicate, questo si traduce in un repentino aumento di luminosità, fintanto che i due astri sono allineati lungo la linea di vista. In genere, le singole immagini multiple sono difficili da risolvere in quanto la loro separazione è dell'ordine di 1 mas (un millesimo di secondo d'arco).

 Nel caso di una singola lente, minore è la separazione lente-sorgente proiettata nel cielo, maggiore è l'amplificazione, quindi la sorgente diventa più luminosa. In una lente binaria, creata da una stella doppia in primo piano, ci sono più regioni ad alta amplificazione, chiamate caustiche. Quando la sorgente attraversa la caustica, la sua amplificazione sale drammaticamente, spesso di molte magnitudini. Nel caso di Gaia16aye, ci sono stati balzi multipli dovuti alla rotazione del sistema di caustiche, causati dalla rotazione del sistema di lenti binarie. Attraversare una caustica implica anche la momentanea comparsa di immagini aggiuntive. Ciò provoca un drammatico cambiamento nella posizione del centro della luce.

 Nell'immagine di apertura, basata sul filmato riportato in fondo all'articolo, l'evento di microlensing Gaia16aye è descritto geometricamente nel riquadro a destra. Le curve fotometriche sono riportate in alto a sinistra, dove i punti neri indicano le osservazioni di Gaia insieme alle osservazioni di follow-up da Terra (in giallo). La linea verde continua è il modello di microlente che riflette i picchi multipli nella curva di luce causati dalla lente binaria rotante composta da due stelle di sequenza principale (Wyrzykowski et al. 2020). Il pannello centrale mostra le deviazioni astrometriche Gaia in una dimensione (1-D, pallini neri) rispetto alla posizione media in milliarcosecondi d'arco. La linea continua blu è il modello astrometrico standard a 5 parametri, mentre la linea continua rossa è il modello astrometrico che include anche il movimento del centro di luce delle immagini microlenti causato dalla lente binaria. Il pannello inferiore, infine, mostra i residui dei due modelli astrometrici presentati nel pannello centrale; il segnale di microlenti astrometriche è chiaramente presente nei dati di Gaia e coincide con i picchi visti nella fotometria. Sull'asse X è mostrato il tempo in giorni.

 Il pannello di destra mostra la traiettoria calcolata della sorgente sulla volta celeste (linea tratteggiata, blu), il baricentro della luce (rosso) e il moto orbitale del sistema di lenti. I pallini neri segnano le epoche delle misurazioni astrometriche di Gaia e le traiettorie mostrate sono relative al centro di massa del sistema di lenti. Nell'animazione qui sotto, sono mostrate anche le caustiche (in grigio scuro) che cambiano gradualmente in forma e orientamento a causa del movimento dei componenti della lente. La linea verticale verde che si sposta da sinistra a destra segna l'epoca in corso, per aiutare a identificare ciò che sta accadendo durante l'evento e navigare tra la "rappresentazione dei dati" e la "rappresentazione geometrica". Ad esempio, si possono facilmente vedere i cambiamenti critici che si verificano durante gli incroci caustici: ogni volta che la traiettoria della sorgente si interseca con la caustica, si può vedere il picco di flusso (pannello in alto a sinistra), ma anche una deviazione astrometrica più forte (in basso a sinistra).

 Cinque anni fa, ne parlammo anche in questo Blog mentre l'evento era ancora in fase di svolgimento. Esso è stato seguito da terra da una rete di telescopi per un periodo di due anni, raccogliendo una grande mole di dati fotometrici hanno rivelato in dettaglio le numerose caratteristiche nella curva di luce, riprodotte da un modello di "microlensing" basato sul movimento kepleriano completo di un sistema binario composto da due stelle della Sequenza Principale ( Wyrzykowski et al. 2020).

 Gaia osserva la stella sorgente di Gaia16aye dal 2014, raccogliendo non solo le misurazioni fotometriche (che hanno portato all'allerta sull'aumento anomalo della luminosità, pannello superiore dell'immagine), ma anche i dati astrometrici posizionali. Le misurazioni astrometriche Gaia ad alta precisione sono unidimensionali lungo la direzione di scansione e una parte dei dati astrometrici Gaia raccolti nel Ciclo 3 (fino a maggio 2017) è stata studiata dal consorzio DPAC per convalidare la procedura di rilevamento degli eventi di microlenti. I dati (nel pannello centrale dell'immagine di apertura) sono stati ottenuti con una soluzione astrometrica preliminare (AGIS 3.1). La linea blu indica il modello astrometrico standard a 5 parametri. Come si può vedere nei residui nel pannello più basso, il modello blu segue i dati solo all'inizio e si discosta in modo significativo durante l'evento di microlensing.

 Il modello fotometrico di questa complessa curva di luce contiene tutte le informazioni sull'evento di microlente tranne una: la dimensione del raggio di Einstein, che è la scala angolare dell'evento di microlente e il raggio dell'immagine a forma di anello che si formerebbe in un caso ideale di perfetto allineamento della sorgente puntiforme, della lente puntiforme e dell'osservatore. Nel caso di Gaia16aye è stato infine misurato grazie alla copertura fotometrica dettagliata degli incroci caustici acquisita dalle osservazioni di follow-up (marcatori di salmone nel pannello superiore della Figura 1). Ciò ha permesso di misurare la dimensione della sorgente nelle unità di Einstein Radius, che a sua volta è stata confrontata con la dimensione fisica della sorgente misurata dal colore della sorgente e dalla spettroscopia. Ma se non fosse presente l'incrocio caustico, come nel caso della lente singola,

 Lo spostamento del baricentro della luce influenzato dalla microlente è una funzione lineare del raggio di Einstein. Combinando la conoscenza del sistema binario dalla fotometria con i dati astrometrici di Gaia ha prodotto una determinazione indipendente del valore del raggio di Einstein in Gaia16aye. Il modello astrometrico a 6 parametri che include la lente (con Einstein Radius) è mostrato come una linea rossa. L'incertezza dei dati è mostrata come una banda grigia nel grafico residuo. Ora siamo finalmente in grado di riprodurre correttamente le misurazioni astrometriche Gaia 1-D! Anche il valore del raggio di Einstein derivato dall'astrometria di Gaia è in perfetto accordo con quello derivato dalla fotometria ed è di circa 3 ma.

 Gli eventi di microlente nella loro forma fotometrica classica sono stati rilevati da oltre 30 anni e sono stati trovati decine di migliaia di eventi. Tuttavia, la loro firma astrometrica non è stata così facilmente rilevabile e finora sono stati effettuati solo un paio di rilevamenti in casi estremi utilizzando il telescopio spaziale Hubble o l'ESO/VLTI. Qui vediamo un assaggio della capacità di Gaia di fornire serie temporali astrometriche per tutti gli eventi di microlenti che si verificano durante le sue operazioni (es. Rybicki et al. 2018 , Kluter et al. 2019 ). Questo metodo consente l'accesso diretto alla massa delle lenti per eventi abbastanza standard, comprese le lenti "invisibili" come le stelle di neutroni ei buchi neri stellari.