Gravitationslinse – Weltraumbild des Tages

12. September 20239. September 2023

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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15. Juli 202327. Juli 2023

Webbs erstes Teleskopfeld

Das Bild ist von hellen leuchtenden Objekten übersät, von denen die meisten Galaxien sind. In der Mitte leuchtet ein Stern mit den für das JWST typischen Zacken.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, NIRCam

Dieses atemberaubende Bild wurde vor einem Jahr veröffentlicht. Damals begann das Weltraumteleskop James Webb mit seiner Erforschung des Kosmos. Diese Ansicht des frühen Universums im südlichen Sternbild Fliegender Fisch (Volans) wurde 12,5 Stunden mit Webbs Insrtrument NIRCam belichtet.

Die Einzelsterne mit sechs Spitzen liegen in unserer Milchstraße. Das Muster ihrer Beugungsspitzen ist typisch für die 18 sechseckige Spiegelsegmente von Webb, die wie ein einziger 6,5 Meter großer Primärspiegel zusammenwirken. Die mehrere Tausend Galaxien im Sichtfeld gehören zu dem Galaxienhaufen SMACS0723-73, der etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Die leuchtenden Bögen, die das detailreiche Feld durchdringen, sind Galaxien, die sogar noch weiter entfernt sind. Ihre Bilder werden durch die Masse des Galaxienhaufens verzerrt und vergrößert. Diese Masse wird von Dunkler Materie bestimmt. Es ist der sogenannte Gravitationslinseneffekt.

Auch das Licht der beiden Einzelbögen unter dem hellen gezackten Stern wurde mit Webbs Instrument NIRISS untersucht. Das Ergebnis lässt vermuten, dass die beiden Bögen Bilder derselben Hintergrundgalaxie sind. Das Licht dieser Galaxie brauchte etwa 9,5 Milliarden Jahre, um zum Weltraumteleskop James Webb zu gelangen.

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9. Juni 202310. Juni 2023

Der Galaxienhaufen der Pandora

Die hellen Flecken im Bild wirken auf den ersten Blick wie ovale Sterne, doch es sind unzählige Galaxien. Einige davon sind größere elliptische Galaxien.

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

Dieses detailreiche Mosaikbild zeigt eine faszinierende Ansicht des Galaxienhaufens Abell 2744. Es wurde mit der NIRCam des Weltraumteleskops James Webb erstellt. Er wird auch Pandoras Haufen genannt. Abell 2744 ist etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt und offenbar eine schwerfällige Verbindung dreier massereicher Galaxienhaufen. Ihr seht ihn im Sternbild Bildhauer.

Der Megahaufen wird von Dunkler Materie bestimmt. Er krümmt und verzerrt durch Gravitationslinsen das Gefüge der Raumzeit für die dahinter liegenden Objekte. Viele der verzerrten Quellen sind röter als die Pandora-Haufengalaxien. Es sind sehr weit entfernte Galaxien im frühen Universum, die zu Bögen gestreckt und verzerrt werden.

Die charakteristischen Beugungsspitzen markieren Sterne im Vordergrund, die sich in der Milchstraße befinden. Dieser kosmische Würfel ist in der geschätzten Entfernung des Pandora-Haufens ungefähr 6 Millionen Lichtjahre breit. Doch keine Sorge, ihr könnt diese faszinierende Region in einem 2-Minuten-Video erforschen.

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18. Januar 202317. Januar 2023

MAC0647: Webbs Gravitationslinsen im frühen Universum

Webbs neue Ansicht des Objekts MACS0647-JD zeigt bisher unbekannte Details. Beschreibung im Text.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, Dan Coe (STScI), Rebecca Larson (UT), Yu-Yang Hsiao (JHU); Bearbeitung: Alyssa Pagan (STScI); Text: Michael Rutkowski (Minn. St. U. Mankato)

Dieses lebhafte neue Vielfarben-Infrarotbild des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) zeigt die Gravitationslinse des Galaxienhaufens MACS0647. Der massereiche Vordergrundhaufen verzerrt und bricht das Licht der dahinter liegenden fernen Galaxien in derselben Sichtlinie. So wird die Hintergrundquelle MACS0647-JD vom Haufen offenbar dreifach vergrößert.

Als MACS0647-JD erstmals mit dem Weltraumteleskop Hubble beobachtet wurde, sah man sie als amorphen Klecks. Mit Webb entpuppt sich diese einzelne Quelle jedoch als Paar oder kleine Galaxiengruppe. Auch die Farben der MACS0647-JD-Objekte sind unterschiedlich – ein möglicher Hinweis auf Unterschiede im Alter oder im Staubgehalt dieser Galaxien.

Diese neuen Bilder liefern seltene Beispiele an Galaxien aus einer Zeit von wenigen 100 Millionen Jahren nach dem Urknall.

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14. August 202228. Juli 2022

4000 Exoplaneten

Videocredit: SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida); Daten: NASA-Exoplanetenarchiv

Mehr als 4000 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind inzwischen bekannt, sie werden als Exoplaneten bezeichnet. Dieser Meilenstein wurde letzte Woche überschritten, wie das Exoplanetenarchiv der NASA berichtete. Das Video zeigt diese Exoplaneten in Licht und Ton, chronologisch beginnend mit der ersten bestätigten Entdeckung 1992 bis ins Jahr 2019.

Anfangs ist der gesamte Nachthimmel komprimiert dargestellt. Das Zentralband unserer Milchstraße bildet ein riesiges U. Exoplaneten, die durch leichtes Schwanken der Farben ihres Zentralsterns (Radialgeschwindigkeit) entdeckt wurden, erscheinen in rosa, während Planeten, die durch eine leichte Absenkung der Helligkeit ihres Zentralsterns (Transit) gefunden wurden, sind violett abgebildet. Weiters wurden direkt abgebildete Exoplaneten orange dargestellt. Exoplaneten, die durch gravitative Vergrößerung (Mikrolinseneffekt) des Lichts eines Hintergrundsterns entdeckt wurden, sind in Grün gezeigt.

Je schneller ein Planet um seinen Herkunftsstern kreist, desto höher wird der begleitende Ton abgespielt. Der ausgediente Satellit Kepler entdeckte etwa die Hälfte der ersten 4000 Exoplaneten in nur einer kleinen Region am Himmel, während die Mission TESS auf bestem Weg ist, noch mehr Exoplaneten zu finden, die um die hellsten, nahe gelegenen Sterne kreisen, und zwar am ganzen Himmel verteilt.

Exoplaneten zu finden hilft der Menschheit nicht nur, das Potenzial für die Häufigkeit von Leben anderswo im Universum besser zu verstehen, sondern auch, wie unsere Erde und das Sonnensystem entstanden sind.

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13. Juli 202213. Juli 2022

Webbs erstes Deep Field

Tiefenfeld-Aufnahme des Weltraumteleskops James Webb im südlichen Sternbild Fliegender Fisch

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, NIRCam

Dieses ist das detailreichste, schärfste Infrarotbild des Kosmos, das bisher gemacht wurde. Der Blick auf das frühe Universum im südlichen Sternbild Fliegender Fisch entstand im Laufe von 12,5 Stunden Belichtungszeit mit dem Instrument NIRCam am Weltraumteleskop James Webb.

Die Sterne mit je sechs Zacken liegen weit innerhalb unserer Milchstraße. Diese Beugungsmuster sind charakteristisch für Webbs 18 sechseckige Spiegelsegmente, die zusammen wie ein einziger, 6,5 Meter großer Primärspiegel agieren.

Die Tausenden Galaxien, welche das Sichtfeld füllen, gehören zum etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen SMACS0723-73. Die leuchtenden Bögen, die das detailreiche Bild regelrecht übersäen, sind noch weiter entfernte Galaxien. Ihre Bilder werden durch die Masse des Galaxienhaufens, die von Dunkler Materie bestimmt wird, verzerrt und vergrößert. Dieser Effekt ist als Gravitationslinslinseneffekt bekannt.

Wenn man das Licht der beiden getrennten Bögen unter dem hellen, gezackten Stern mit Webbs Instrument NIRISS untersucht, legt das zur Vermutung nahe, dass beide Bögen Bilder derselben Hintergrundgalaxie sind. Das Licht dieser Galaxie brauchte etwa 9,5 Milliarden Jahre, um das Weltraumteleskop James Webb zu erreichen.

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5. Juli 20225. Juli 2022

Einstein-Ring einer geschmolzenen Galaxie

Diese Galaxie ist durch eine Gravitationslinse verzerrt, als wäre sie geschmolzen

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA, S. Jha; Bearbeitung: Jonathan Lodge

Es ist schwierig, eine Galaxie hinter einem Galaxienhaufen zu verstecken. Die Gravitation des näheren Galaxienhaufens wirkt wie eine riesige Linse, welche die Bilder der weiter entfernten Galaxie an den Seiten herumzieht und sie stark verzerrt. Genau das ist auf diesem kürzlich überarbeiteten Bild des Weltraumteleskops Hubble zu sehen.

Der Haufen GAL-CLUS-022058c besteht aus vielen Galaxien, er bricht das Bild einer gelb-roten Hintergrundgalaxie zu Bögen um die Bildmitte. Wegen ihrer ungewöhnlichen Form wird sie als geschmolzener Einsteinring bezeichnet, wobei vier Bilder derselben Hintergrundgalaxie gefunden wurden. Normalerweise kann ein Galaxienhaufen im Vordergrund nur so glatte Bögen erzeugen, wenn ein Großteil seiner Masse gleichmäßig verteilt ist – und sich somit nicht in den sichtbaren Haufengalaxien konzentriert.

Die Auswertung der Positionen dieser Gravitationsbögen bietet Astronom*innen eine Methode, um die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxienhaufen abzuschätzen und Rückschlüsse darauf zu ziehen, wann die Sterne in diesen frühen Galaxien entstanden sind.

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11. Mai 202215. Mai 2022

Das Grinsen der Gravitation

Diese Grinsekatze im Sternbild Ursa Major ist ein Galaxienhaufen, der dahinter liegende Galaxien zu Bögen verzerrt, wie von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt.

Bildcredit: Röntgen – NASA / CXC / J. Irwin et al. ; Optisch – NASA/STScI

Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die vor mehr als 100 Jahren publiziert wurde, sagte das Phänomen der Gravitationslinsen voraus. Dieses Phänomen verleiht weit entfernten Galaxien eine drollige Erscheinung, wenn man sie mit den Augen der Weltraumteleskope Chandra und Hubble in Röntgen- und sichtbarem Licht betrachtet.

Diese Gruppe wird landläufig als Grinsekatze bezeichnet. Die beiden großen elliptischen Galaxien sind von suggestiven Bögen gerahmt. Diese Bögen sind optische Bilder weit entfernter Hintergrundgalaxien, die von der gesamten Gravitationsmasse der Gruppe im Vordergrund gebrochen werden. In dieser gravitativen Masse überwiegt Dunkle Materie.

Die beiden großen elliptischen „Augen“-Galaxien sind die hellsten Mitglieder ihrer jeweiligen Galaxiengruppen, die gerade miteinander verschmelzen. Ihre relative Kollisionsgeschwindigkeit von fast 1350 Kilometern pro Sekunde heizt Gas auf Millionen Grad auf. Dabei entsteht Röntgenleuchten, das hier in Violett abgebildet ist.

Neugierig auf die Galaxiengruppenverschmelzung? Die Grinsekatzen-Gruppe lächelt im Sternbild Ursa Major in einer Entfernung von 4,6 Milliarden Lichtjahren.

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6. April 20226. April 2022

Earendel: Ein Stern im frühen Universum

Bildcredit: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI); Bearbeitung: A. Pagan (STScI)

Beschreibung: Ist Earendel der am weitesten entfernte Stern, der je entdeckt wurde? Diese wissenschaftliche Möglichkeit ergab sich, als das Weltraumteleskop Hubble einen riesigen Galaxienhaufen beobachtete. Der Gravitationslinseneffekt dieses Haufens vergrößert und verzerrt eine Galaxie weit dahinter. Diese verzerrte Hintergrundgalaxie ist mit einer Rotverschiebung von 6,2 sehr weit entfernt. Auf diesem Bild erscheint sie als lange rote Kordel. Die Perlen auf der Kette sind wahrscheinlich einzelne Sterne oder Sternhaufen.

Die Linse des Galaxienhaufens erzeugt eine Linie der maximalen Vergrößerung, wo überlagerte Hintergrundobjekte tausendfach vergrößert erscheinen können. Am Schnittpunkt zwischen der Galaxienlinie und der Linie der maximalen Vergrößerung befindet sich eine „Perle“, die vermutlich von einem einzelnen hellen Stern im frühen Universum stammt. Dieser wird nun Earendel genannt.

Künftige Forschungen enthalten vielleicht weiteres Bildmaterial von Hubble und – ziemlich wahrscheinlich – vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop, wenn es in naher Zukunft in Betrieb geht. So können sich zeigen, wie sich die Helligkeit von Earendel verändert. Die große Entfernung von Earendel übertrifft die aller bekannten stabilen Sterne. Nur der Stern, bei dessen Explosion GRB 090423 entstand, hatte eine noch höhere Rotverschiebung von 8,2.

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17. November 202116. November 2021

NGC 3314: überlappende Galaxien

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung und Bildrechte: William Ostling (The Astronomy Enthusiast)

Beschreibung: Warum ruft die nähere Galaxie keinen Gravitationslinseneffekt bei der hinteren Galaxie hervor? Das tut sie, aber weil die Galaxien so nahe beieinander liegen, ist die Winkelverschiebung der Galaxien kleiner als ihre Winkelgröße.

Dieses Hubblebild von NGC 3314 zeigt zwei große Spiralgalaxien, die zufällig genau auf einer Linie stehen. Die Galaxie NGC 3314a im Vordergrund mit ihrer Windradform und ihren jungen, hellen Sternhaufen ist fast genau von oben sichtbar. Anders als die helle Hintergrundgalaxie NGC 3314b sieht man jedoch auch dunkle, wirbelnde interstellare Staubbahnen, welche die Struktur der näheren Spirale nachzeichnen. Beide Galaxien liegen am Rand des etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernten Hydra-Galaxienhaufens.

Verzerrungen durch Gravitationslinsen sind leichter erkennbar, wenn die Linsengalaxie kleiner und weiter entfernt ist. Dann kann die Galaxie im Hintergrund sogar einen Ring um die nähere Galaxie bilden. Kurze Gravitationslinsenblitze durch Sterne in der Vordergrundgalaxie, die das Licht von Sternen in der Hintergrundgalaxie kurzzeitig verstärken, können bei künftigen Beobachtungskampagnen mit hochauflösenden Teleskopen sichtbar werden.

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2. November 20211. November 2021

SN Requiem: Eine Supernova, die wir schon dreimal gesehen haben

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Daten: S. A. Rodney (U. South Carolina) et al.; Bildbearbeitung: J. DePasquale (STScI)

Beschreibung: Wir haben diese Supernova schon dreimal gesehen – wann sehen wir sie zum vierten Mal? Wenn ein weit entfernter Stern als Supernova explodiert, haben wir Glück, wenn wir sie überhaupt sehen. Im Fall von AT 2016jka („SN Requiem“) zeigt ein Vergleich von Bildern des Weltraumteleskops Hubble, dass wir die Supernova dreimal gesehen haben, weil der explodierende Stern zufällig hinter dem Zentrum eines Galaxienhaufens lag (in diesem Fall MACS J0138).

Die drei Supernovabilder sind im linken Bild aus dem Jahr 2016 unten mit Kreisen markiert. Im rechten Bild, das 2019 aufgenommen wurde, sind die Kreise leer, weil alle drei Bilder der Einzel-Supernova schon verblasst waren. Ein Computermodell der Haufenlinse lässt jedoch vermuten, dass eines Tages im oberen Kreis auf der rechten Seite ein viertes Bild derselben Supernova erscheinen könnte. Aber wann?

Die besten Modelle schätzen, dass es im Jahr 2037 so weit sein wird, aber wegen der Unsicherheit der Massenverteilung in der Haufenlinse und der Helligkeitsentwicklung der Sternexplosion gibt es für dieses Datum eine Unsicherheit von zwei Jahren. Mit besseren Vorhersagen und genauer Überwachung könnten Erdlinge in 16 Jahren vielleicht dieses vierte Bild beobachten – und dabei mehr über Galaxienhaufen und Supernovae in Erfahrung bringen.

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