Schlagwort: Gravitationslinse

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Hubble zeigt einen hufeisenförmigen Einstein-Ring

Um eine elliptische gelbe Galaxie biegt sich ein blauer Ring. Es ist das verzerrte Abbild einer Galaxie, die viel weiter entfernt ist. Die gelbe Galaxie im Vordergrund wirkt dabei wie eine Linse, die das Licht bricht.

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA

Was ist groß und blau und kann sich um eine ganze Galaxie biegen? Die Fata Morgana einer Gravitationslinse. Im Vordergrund liegt eine massereiche elliptische Galaxie (leuchtend rote Galaxie: LRG). Sie verzerrt mit ihrer Gravitation das Licht der blauen Galaxie, die viel weiter entfernt ist, zu einem leuchtenden Bogen.

Normalerweise führt so eine Verbiegung des Lichtwegs zu zwei getrennten Bildern der weiter entfernten Galaxie. Doch in diesem Fall ist die räumliche Anordnung der Linse so genau, dass die Galaxie im Hintergrund zu einem Hufeisen verzerrt wird. Die Form ist sogar fast ein geschlossener Einsteinring.

LRG 3-757 wurde zwar schon 2007 in den Daten der Sloan Digital Sky Survey (SDSS) entdeckt. Doch dieses Bild wurde erst bei einer nachfolgenden Beobachtung mit dem Weltraumteleskop Hubble mit der Wide Field Camera 3 aufgenommen.

Die zentrale Galaxie, welche die Linse bildet, wurde kürzlich erneut untersucht. Dabei zeigte sich, dass sie ein einzelnes Schwarzes Loch enthält. Es soll 36 Milliarden Sonnenmassen besitzen.

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SN Encore: Eine mehrfach beobachtete zweite Supernova

Das Bild zeigt eine Galaxiengruppe mit ungewöhnlichen Bögen. Die Bögen sind Galaxien im Hintergrund, die vom Gravitationslinseneffekt der Gruppe im Vordergrund verzerrt werden. Die Galaxie im Hintergrund hat mehrere Flecken. Es sind Supernovae in der Galaxie.

Bildcredit: Webb (Hauptbild): NASA, ESA, CSA, STScI, J. Pierel (STScI) und A. Newman (Carnegie Inst. for Science); Hubble (überlagert): NASA, ESA, STScI, S. A. Rodney (U. South Carolina) und G. Brammer (NBI, U. Kopenhagen)

Schon die zweite Supernova in derselben Galaxie wiederholt sich: Der Grund dafür ist der Effekt der Gravitationslinsen. Dabei wirkt ein massereiches Objekt im Vordergrund als Linse. Hier ist das massereiche Objekt der Galaxienhaufen MACS J013. Er erzeugt vielfache Bilder der Galaxie MRG-M0138, die dahinter exakt in der Sichtlinie liegt.

Besonders spannend ist die Tatsache, dass es in der Galaxie im Hintergrund junge Sterne gibt, die als Supernova explodieren. Von jeder dieser Explosionen erreichen uns mehrere Bilder, je nachdem, welchen Weg ihr Licht durch den Galaxienhaufen nimmt. Das überlagerte Bild zeigt die ursprüngliche Supernova. Sie wird Requiem genannt. 2016 beobachtet sie das Weltraumteleskop Hubble zum ersten Mal. Das zweite beobachtete Set an Supernovae bekam den Namen Encore. Es wurde 2023 vom James-Webb-Teleskop entdeckt.

Wahrscheinlich sind schon weitere Bilder dieser Supernovae auf dem Weg zu uns. Der genaue Zeitpunkt der Ankunft wird uns helfen, um viele Dinge besser zu verstehen. Dazu zählen die Massenverteilung im Galaxienhaufen, die Supernovae selbst und vielleicht das ganze Universum.

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Pandoras Galaxienhaufen

Dieses Bild zeigt fast nur Galaxien. Ein Stern mit sechs Zacken rechts neben der Mitte ist eine Ausnahme, er liegt in der Milchstraße. Die Galaxien liegen entweder im Pandora-Galaxienhaufen Abell 2744 oder weit dahinter. Beschreibung im Text.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, Ivo Labbe (Swinburne), Rachel Bezanson (Universität von Pittsburgh), Bearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)

Dieses detailreiche Mosaikbild zeigt den Galaxienhaufen Abell 2744. Die Aufnahmen stammen von der NIRCam, die am James-Webb-Weltraumteleskop montiert ist. Abell 2744 ist auch als Pandoras Galaxienhaufen bekannt. Er entsteht offenbar bei der schwerfälligen Verschmelzung von drei massereichen Galaxienhaufen. Abell 2744 ist etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Bildhauer (Sculptor) zu finden.

Dunkle Materie dominiert den Megahaufen. Sie krümmt und verzerrt die Raumzeit. Dabei werden Objekte, die noch weiter entfernt sind, durch Gravitationslinsen betont. Viele der Lichtquellen, die durch die Gravitationslinsen verstärkten werden, sind sehr ferne Galaxien im frühen Universum. Sie sind röter als die Galaxien in Pandoras Galaxienhaufen. Ihre Abbilder sind zu Bögen verzerrt.

Die markanten Lichtkreuze stammen von Sternen im Vordergrund in der Milchstraße. In der geschätzten Entfernung des Pandora-Galaxienhaufens ist dieser Ausschnitt etwa 6 Millionen Lichtjahre breit. Doch nur keine Panik! Man kann die faszinierende Region in einem 2-minütigen Video erforschen.

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Webb zeigt eine Galaxie, die eine Galaxie bricht

Eine elliptische hell leuchtende Galaxie ist von einem verzerrt wirkenden Spiralgalaxie in blauen und roten Farbtönen umgeben.

Bildcredit: ESA/Webb, NASA und CSA, G. Mahler

Ist das eine Galaxie oder sind es zwei? Auch wenn es wie eine scheint, sind es zwei. Ein möglicher Grund dafür: Eine kleine Galaxie stößt mit einer größeren zusammen und landet in deren Zentrum.

In diesem Bild seht ihr etwas Selteneres. Hier ist die zentrale helle, elliptische Galaxie viel näher als die blau und rot gefärbte Spiralgalaxie um sie herum. Das kann passieren, wenn nahe und ferne Galaxien genau auf einer Linie stehen. Dann kann die Schwerkraft der nahen Galaxie das Licht der fernen Galaxie um sich herum biegen. Dieses Phänomen heißt Gravitationslinse.

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die doppelte Galaxie aufgenommen. Das Bild zeigt einen vollständigen Einstein-Ring und viele Details in beiden Galaxien. Solche Galaxien mit Gravitationslinsen liefern neue Informationen: Zum einen über die Verteilung der Masse in der Galaxie im Vordergrund und zum anderen über die Verteilung der Helligkeit der Galaxie im Hintergrund.

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Einstein-Ring um ein nahes Galaxiezentrum

Fast das gesamte Bild ist von der durscheinenden gelblichen Sternenwolke einer elliptischen Galaxie erfüllt. Um ihr weißlich strahlendes Zentrum verläuft ein ebenso strahlender, kleiner Kreis. Im Hintergrund stehen unzählige weitere, kleine Galaxien in verschiedenen Formen und Farben. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit und Bildrechte: ESA, NASA, Euclid-Konsortium; Bearbeitung: J.-C. Cuillandre, G. Anselmi, T. Li

Seht ihr den Ring? Wenn ihr die Mitte der abgebildeten Galaxie NGC 6505 ganz genau betrachtet, könnt ihr einen Ring erkennen.

NGC 6505 ist eine nahe gelegene elliptische Galaxie (mit einer Rotverschiebung z=0,042), die ihr hier leicht erkennen könnt. Ihre Schwerkraft vergrößert das Bild einer entfernten Galaxie und verzerrt es zu einem Kreis. Damit ein solcher kompletter Einsteinring entsteht, muss das Zentrum der nahen Galaxie genau vor einem Teil der Galaxie im Hintergrund stehen.

Untersucht man diesen Ring und die Mehrfachbilder der Hintergrundgalaxie, kann man die Masse und den Anteil der dunklen Materie im Zentrum von NGC 6505 bestimmen. Außerdem lassen sich so bisher unsichtbare Details in der verzerrten Galaxie entdecken.

Das ESA-Teleskop Euclid hat dieses Bild in seiner Erdumlaufbahn aufgenommen. Es wurde Anfang dieses Monats veröffentlicht.

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Animation: Schwarzes Loch vernichtet Stern

Video-Illustrationscredit: DESY, Labor für Wissenschaftskommunikation

Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Das Schwarze Loch kann ihn zerreißen – aber wie? Nicht seine starke Anziehungskraft ist das Problem, sondern der Unterschied der Gravitationswirkung an verschiedenen Seiten des Sterns.

Das hier gezeigte animierte Video illustiert diese Zerreißprobe: Zuerst sieht man einen Stern, der sich einem Schwarzen Loch nähert. Während seine Umlaufgeschwindigkeit ansteigt, wird die äußere Atmosphäre des Sterns bei der größten Annäherung abgerissen.

Ein großer Anteil der Sternatmosphäre entweicht in die Tiefen des Alls, aber ein anderer Anteil kreist weiterhin um das Schwarze Loch und bildet eine Akkretionsscheibe.

Dorthin führt uns die Animation im Folgenden. Während wir uns zum Schwarzen Loch umsehen, nähern wir uns der Akkretionsscheibe. Aufgrund der seltsamen visuellen Effekten von Gravitationslinsen kann man sogar die Rückseite der Akkretionsscheibe sehen. Schließlich schauen wir entlang der Jets, die entlang der Rotationsachse ausgestoßen werden. Modellrechnungen der theoretischen Astrophysik zeigen, dass diese Jets nicht nur hochenergetisches Gas auswerfen, sondern auch hochenergetische Neutrinos. Eins davon könnte kürzlich auf der Erde gesehen worden sein.

Beinahe Hyperraum: APOD-Zufallsgenerator

Heute vor 29 Jahren wurde das erste APOD veröffentlicht

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Simulation: Zwei Schwarze Löcher verschmelzen

Illustrationscredit: Projekt zur Simulation extremer Raumzeiten

Entspannen Sie sich und beobachten Sie, wie zwei schwarze Löcher verschmelzen. Inspiriert von der ersten direkten Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015, wird dieses Simulationsvideo in Zeitlupe abgespielt, würde aber in Echtzeit etwa eine Drittelsekunde dauern. Auf einer kosmischen Bühne sind die schwarzen Löcher vor Sternen, Gas und Staub platziert. Ihre extreme Schwerkraft bündelt das Licht hinter ihnen zu Einsteinringen, während sie sich spiralförmig annähern und schließlich zu einem einzigen verschmelzen.

Die sonst unsichtbaren Gravitationswellen, die beim schnellen Zusammenwachsen der massiven Objekte entstehen, bewirken, dass das sichtbare Bild innerhalb und außerhalb der Einsteinringe auch nach der Verschmelzung der schwarzen Löcher noch wackelt und schwappt. Die von LIGO entdeckten Gravitationswellen mit der Bezeichnung GW150914 stehen im Einklang mit der Verschmelzung von 2 schwarzen Löchern mit 36-facher und 31-facher Sonnenmasse in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren. Das endgültige Schwarze Loch hat die 63-fache Masse der Sonne, wobei die restlichen 3 Sonnenmassen in Energie umgewandelt werden, die in Gravitationswellen abgestrahlt wird.

Heutiger Ereignishorizont: NASA-Woche der Schwarzen Löcher!

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Der Galaxienhaufen Abell 370 und mehr

Das Bild ist voller Galaxien. Im Vordergrund befinden sich unverzerrte Galaxien, dazwischen sind schmale Bögen von weit dahinter liegenden, stark verzerrten Galaxien verteilt.

Bildcredit: NASA, ESA, Jennifer Lotz und das HFF-Team (STScI)

Dieser scharfe Schnappschuss des Weltraumteleskops Hubble zeigt den etwa 4 Milliarden Lichtjahre entfernten massereichen Galaxienhaufen Abell 370. Er wird scheinbar von zwei riesigen elliptischen Galaxien betont und ist von blassen Bögen durchzogen.

Die blasseren, überall verteilten bläulichen Bögen und der imposante Drachenbogen links unter der Mitte sind in Wirklichkeit Bilder von Galaxien, die weit hinter Abell 370 liegen. Ihr Licht, das sonst unentdeckt bleiben würde, legte die doppelte Entfernung zurück. Die gewaltige Gravitationsmasse des Haufens – überwiegend unsichtbare Dunkle Materie – vergrößert und verzerrt ihr Licht.

Der Effekt, der diesen spannenden Ausblick auf Galaxien im frühen Universum ermöglicht, ist als Gravitationslinseneffekt bekannt. Gravitationslinsen sind eine Folge der gekrümmten Raumzeit und wurden erstmals vor etwa 100 Jahren von Einstein vorhergesagt.

Abell 370 liegt weit hinter dem gezackten Vordergrundstern in der Milchstraße, der rechts unten im Sternbild Walfisch, dem Meeresungeheuer, leuchtet. Der Galaxienhaufen war der letzte von sechs, die beim Projekt Grenzgebiete abgebildet wurden.

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