Was ist Gravitationslinsen?

Die NASA veröffentlichte das obige Bild des Hubble-Weltraumteleskops am 27. August 2021. Die beiden hellen Lichter im Ring sind Galaxien. Die Gravitation der beiden Galaxien wirkt wie eine Gravitationslinse im Weltraum. Das heißt, ihre kombinierte extreme Masse hat dazu geführt, dass der WeltraumKurve. Der Ring und die 4 Punkte sind nicht physisch mit den 2 Galaxien verbunden. Sie sind Licht, das aus einem noch weiter entferntenQuasar. Das Licht des Quasars wurde auf dem gekrümmten Raum – der Gravitationslinse – um das Galaxienpaar herum gebeugt. Bild über ESA/ Hubble/NASA.

Was ist Gravitationslinsen?

Im November 1915,Albert Einsteinveröffentlichte seine Allgemeine Relativitätstheorie. Ein wichtiger Punkt in seiner Theorie ist, dass massive Objekte das Gefüge von . verzerrenFreizeit, wie eine Bowlingkugel auf einem Trampolin den Stoff um sich herum dehnen und verziehen würde. Um Einsteins Theorie zu beweisen, reisten Wissenschaftler um den Globus, um unter derSonnenfinsternis von 1919. Dort erlebten sie, wie die Sonne das Licht der Hintergrundsterne um den Betrag beugte, den Einstein vorhergesagt hatte. Heutzutage verwenden Wissenschaftler das gleiche Konzept –Gravitationslinsen– um mehr über Galaxien und Quasare im frühen Universum zu erfahren.

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Gravitationslinsen treten auf, wenn massereiche Vordergrundobjekte, wie die beiden Galaxien im obigen Bild, das Raumgefüge selbst verbiegen und verzerren. Das weiter entfernte Licht des Quasars – einer jungen aktiven Galaxie –, das auf uns zukommt, erreicht diesen verzerrten Raum, der dann wie eine Linse wirkt, die das Licht beugt und vergrößert. Deshalb sehen wir einen Ring mit den vier verschiedenen Lichtpunkten einer hellen, sehr weit entfernten Lichtquelle.

Dieses Diagramm zeigt, wie sich das Licht eines entfernten Quasars in der Nähe einer massereichen Galaxie um das verzerrte Raumgefüge biegt. Dies führt zu mehreren Bildern des Quasars aus der Sicht der Erde. Bild über R. Hurt (IPAC/ Caltech)/ The GraL Collaboration/DIES.

Gravitationslinsen und dunkle Materie

Das Konzept des Gravitationslinseneffekts ermöglicht es Astronomen, mehr über die Menge an Masse undDunkle Materiedas ist in den Vordergrundgalaxien vorhanden. Dunkle Materie ist, wie der Name schon sagt, dunkel. Die einzige Möglichkeit für Astronomen, sie zu untersuchen, besteht darin, zu sehen, wie sich ihre Schwerkraft auf sichtbare Objekte auswirkt. Astronomen wissen nicht, was dunkle Materie ististnoch. Es ist ein ziemliches Rätsel, denn sie schätzen, dass dunkle Materie so viel wie ausmacht85%der Gesamtmasse des Universums. Der Gravitationslinseneffekt liefert also mehr Informationen über Vordergrundobjekte und gibt Astronomen ein Werkzeug an die Hand, umsehenwo die Dunkle Materie liegen muss, basierend auf ihren Auswirkungen auf die Hintergrundgalaxien.

Größer anzeigen. | Links ist der Galaxienhaufen Cl 0024+17 im sichtbaren Licht. Im Konzept des Künstlers auf der rechten Seite zeigt eine blaue Schattierung den Ort der dunklen Materie an, die von Wissenschaftlern mathematisch bestimmt werden muss, um die Natur und Position der Galaxien mit Gravitationslinsen zu erklären. Bild überNASA/ ESA/ M. J. Jee und H. Ford (Johns Hopkins University).

Wissenschaftler, die nach weiteren Gravitationslinsen suchen, haben die Hilfe der künstlichen Intelligenz in Anspruch genommen. Im Jahr 2017 verwendeten Astronomen einen Algorithmus und künstliche Intelligenz, um zu erkennen56 Kandidaten für Gravitationslinsen. Mit Stand Februar 2021 hat KI nun mehr als gefunden1.200 Gravitationslinsenkandidaten.

Gravitationslinsen können Phänomene in einer Vielzahl von Formen und Größen erzeugen, aber zwei der bekanntesten sind das Einstein-Kreuz und der Einstein-Ring.

Einstein-Kreuze

Obwohl es viele Einstein-Kreuze gibt, gibt es nur eines mit dem richtigen Namendas Einstein-Kreuz, 1985 entdeckt. Es ist ein hervorragendes Beispiel für einen Quasar, den wir durch eine Gravitationslinse sehen. Der Quasar sitzt direkt hinter einer Galaxie und wir sehen ihn als vier Lichtpunkte, die die nähere Galaxie umgeben.

Das Einstein-Kreuz ist ein Objekt mit Gravitationslinsen namens G2237+0305, ein Quasar mit einer Entfernung von 8 MilliardenLichtjahreein Weg. Bild überHubbleSite.

Mit Stand April 2021 hat die Gaia-Umfrage nun ein Dutzend Einstein-Kreuze gefunden.

Der Gaia Survey entdeckte diese 12 Einstein-Kreuze. Bild über die GraL-Kollaboration/DIES.

Einstein-Ringe

Wenn eine Galaxie oder ein Quasar nicht mittig vom Vordergrundobjekt entfernt ist, erzeugt die Linsenwirkung einen Ring oder Bögen anstelle von Punkten.Einstein-Ringeerscheinen um viele entfernte Galaxien.

Diese riesigen elliptischen Galaxien sind alle von Ringen umgeben. Die Ringe sind weiter entfernte Galaxien, die von der Vordergrundgalaxie mit einer Linse versehen werden. Bild überNASA/ ESA/ und das SLACS Survey Team.

Weitere schöne Beispiele für Gravitationslinsen

Jedes Objekt mit Gravitationslinse hat seine ganz eigene Schönheit und Mystik.

Diese leuchtende rote Galaxie hat ein starkes Gravitationsfeld, das das Licht einer viel weiter entfernten blauen Galaxie in eine Ringform verformt hat. Wissenschaftler entdeckten dieses Objekt, LRG 3-757, in Daten, die 2007 vom Sloan Digital Sky Survey beobachtet wurden. Im Jahr 2011 führte die Wide Field Camera 3 des Hubble-Weltraumteleskops die hier gezeigte Nachbeobachtung durch. Bild über ESA/Hubble & NASA/APOD.

Im Jahr 2015 kombinierten Astronomen optische und Röntgendaten für dieses Bild desCheshire Cat Gruppe von Galaxien. Die beiden hellen Augen sind große Galaxien, die mit mehr als 300.000 Meilen (483.000 km) pro Stunde aufeinander zurennen. Die gekrümmten Bögen um die Galaxie, aus denen das Gesicht und das Grinsen der Katze bestehen, sind 4 entfernte Hintergrundgalaxien, die wir durch Gravitationslinsen sehen. Bild überNASA/ CXC/ UA/ STScI.

Größer anzeigen. | Dieses Bild enthält 12 Bilder einer Hintergrundgalaxie. Die Galaxie Sunburst Arc, die in diesen Bögen erscheint, ist 11 Milliarden Lichtjahre entfernt. Eine Gravitationslinse aus dem 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen im Vordergrund ermöglicht es uns, die weiter entfernte Galaxie zu sehen. Bild überDIES/ NASA / E. Rivera-Thorsen et al.

Wissenschaftler nannten diese Region voller GalaxienAbell 370. Dieser Galaxienhaufen war einer der allerersten Astronomen, die Gravitationslinsen beobachteten. Die vielen Bögen und Streifen im Bild sind gestreckte Bilder von Hintergrundgalaxien. Bild über die NASA/DIES/ Hubble.

Fazit: Gravitationslinseneffekt tritt auf, wenn ein massives Vordergrundobjekt den Raum um ihn herum verzerrt und das Bild eines Hintergrundobjekts in Ringe, Bögen oder mehrere Lichtpunkte verzerrt. Gravitationslinsen helfen dabei, dunkle Materie in Galaxien aufzudecken.