Gravitationslinse – Seite 2 – Weltraumbild des Tages

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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17. Oktober 202128. Dezember 2023

Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Das Einsteinkreuz im Sternbild Pegasus. Eine kleine schwache Galaxie mit vier hellen Punkten in der Mitte.

Bildcredit und Lizenz: J. Rhoads (Arizona State U.) et al., WIYN, AURA, NOIRLab, NSF

Beschreibung: Die meisten Galaxien haben einen einzigen Kern – hat diese Galaxie vier? Die seltsame Antwort führt Astronominnen und Astronomen zu dem Schluss, dass der eigentliche Kern der umgebenden Galaxie auf diesem Bild gar nicht sichtbar ist, sondern dass das Kleeblatt in der Mitte vielmehr Licht ist, das von einem Quasar im Hintergrund abgestrahlt wird. Das Gravitationsfeld der sichtbaren Galaxie im Vordergrund bricht das Licht des fernen Quasars in vier Einzelbilder.

Damit wir eine Fata Morgana wie diese sehen, muss der Quasar exakt hinter dem Zentrum einer massereichen Galaxie liegen. Der Effekt wird allgemein als Gravitationslinseneffekt bezeichnet, dieser spezielle Fall ist als Einsteinkreuz bekannt. Noch seltsamer ist, dass die relativen Helligkeiten der Bilder des Einsteinkreuzes schwanken, weil sie gelegentlich durch einen zusätzlichen gravitativen Mikrolinseneffekt einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verstärkt werden.

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23. August 202123. August 2021

Abell 3827: Gravitationslinse eines Galaxienhaufens

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA, R. Massey

Beschreibung: Ist das eine Galaxie oder sind es drei? Auf diesem Hubblebild des massereichen Galaxienhaufens Abell 3827 befindet sich rechts eine anscheinend höchst ungewöhnliche Galaxie – sie ist gekrümmt und hat drei Zentren. Eine genaue Analyse zeigt jedoch, dass es drei Bilder derselben Hintergrundgalaxie sind – und dass es mindestens vier weitere Bilder gibt.

Das Licht, das wir von dieser einzelnen blauen Galaxie im Hintergrund sehen, nimmt mehrere Wege durch die komplexe Gravitation des Haufens, so wie ein einzelnes fernes Licht mehrere Wege durch den Stiel eines Weinglases nehmen kann. Wenn man erforscht, auf welche Weise ein Haufen wie Abell 3827 und seine Bestandteile fernes Licht ablenkt, erhält man Information darüber, wie die Masse und die dunkle Materie darin verteilt sind.

Abell 3827 ist mit einer Rotverschiebung von 0,1 so weit entfernt, dass das Licht, das wir von ihm sehen, vor etwa 1,3 Milliarden Jahren abgestrahlt wurde, noch vor der Zeit, als Dinosaurier die Erde bewohnten. Daher sind die zentralen Galaxien des Haufens mittlerweile sicherlich bei einem Fest an galaktischem Kannibalismus zu einer riesigen Galaxie nahe dem Haufenzentrum verschmolzen.

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16. Dezember 202017. Dezember 2020

Vertont: Die Materie des Geschosshaufens

Bildcredit und Bildrechte: Röntgen: NASA/CXC/SAO; Optisch: NASA/STScI, Magellan/U.Arizona; Gravitationslinsenkarte: NASA/STScI, ESO WFI, Magellan/U.Arizona; Vertonung: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)

Beschreibung: Was ist mit dem Geschoßhaufen los? Dieser massereiche Galaxienhaufen (1E 0657-558) bildet Gravitationslinsenverzerrungen an Hintergrundgalaxien auf eine Weise, die als Bestätigung für die führende Theorie interpretiert wurde: dass es dort Dunkle Materie gibt.

Andere Untersuchungen lassen jedoch eine weniger beliebte Alternative vermuten: veränderte Gravitation. Diese könnte die Haufendynamik ohne Dunkle Materie erklären und bietet auch ein wahrscheinlicheres Ursprungsszenario.

Derzeit wetteifern zwei wissenschaftliche Hypothesen um die Erklärung der Beobachtungen: unsichtbare Materie versus veränderte Gravitation. Das Duell ist dramatisch, denn ein eindeutiges, „kugelsicheres“ Beispiel für Dunkle Materie würde die Einfachheit der Theorie der modifizierten Gravitation erschüttern.

Dieses vertonte Kompositbild stammt von Hubble, Chandra und Magellan. Röntgenstrahlen, die von heißem Gas abgestrahlt werden, sind rot abgebildet, Blau zeigt die vorgeschlagene getrennte Verteilung der Dunklen Materie. Tiefe Töne der Sonifikation sind der Dunklen Materie zugewiesen, mittlere Frequenzen dem sichtbaren Licht und hohe Töne den Röntgenstrahlen.

Der Kampf um die Materie im Geschoßhaufen geht wahrscheinlich weiter, sobald mehr Beobachtungen, Computersimulationen und Analysen abgeschlossen sind.

Bei APOD eingereicht: Schöne Bilder des Geminiden-Meteorstroms 2020
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26. Oktober 201924. Oktober 2019

Das Grinsen der Schwerkraft

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

Beschreibung: Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die vor 100 Jahren veröffentlicht wurde, sagte das Phänomen des Gravitationslinseneffektes voraus. Dieser Effekt verleiht diesen fernen Galaxien eine so launige Erscheinung, wenn man sie im Spiegel von Röntgen- und optischen Bilddaten der Weltraumteleskope Chandra und Hubble betrachtet.

Die Galaxiengruppe trägt den Spitznamen Grinsekatze. Ihre beiden elliptischen Galaxien werden von angedeuteten Bögen eingerahmt. Diese Bögen sind optische Bilder ferner Hintergrundgalaxien. Sie wurden von der Gesamtverteilung der Gravitationsmasse der Gruppe im Vordergrund gebrochen. Diese Gravitationsmasse besteht vorwiegend aus Dunkler Materie.

Die beiden großen elliptischen „Augen“-Galaxien sind die hellsten Mitglieder ihrer Galaxiengruppe, sie sind dabei zu verschmelzen. Ihre relative Kollisionsgeschwindigkeit von fast 1350 Kilometern pro Sekunde erhitzt Gas auf Millionen Grad. Dabei entsteht das Leuchten im Röntgenspektralbereich, das in violetten Farbtönen abgebildet ist.

Sind Sie neugierig auf die Verschmelzung von Galaxiengruppen? Die Grinsekatzengruppe lächelt etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Großer Bär (Ursa Major).

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14. April 20196. September 2020

Simulation: Zwei Schwarze Löcher verschmelzen

Simulationscredit: Simulating eXtreme Spacetimes Project

Beschreibung: Lehnen Sie sich zurück und beobachten Sie, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Dieses Simulationsvideo entstand nach der ersten direkten Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015. Es läuft in Zeitlupe und würde in Echtzeit ungefähr eine Drittelsekunde dauern.

Die Schwarzen Löcher posieren auf einer kosmischen Bühne vor Sternen, Gas und Staub. Ihre extreme Gravitation bricht das Licht von dahinter zu Einsteinringen, während sie sich einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und schließlich verschmelzen. Durch die an sich unsichtbaren Gravitationswellen, die beim blitzartigen Verschmelzen der massereichen Objekte entstehen, plätschert und schwappt das sichtbare Bild innerhalb und außerhalb der Einsteinringe, sogar noch nachdem die Schwarzen Löcher verschmolzen sind.

Die von LIGO entdeckten Gravitationswellen werden als GW150914 bezeichnet, sie entsprechen der Verschmelzung Schwarzer Löcher mit 36 und 31 Sonnenmassen in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren. Das finale einzelne Schwarze Loch besitzt 63 Sonnenmassen, wobei die übrigen 3 Sonnenmassen in Energie umgewandelt wurden, und zwar in Form von Gravitationswellen. Seit damals meldeten die LIGO– und VIRGO-Gravitationswellen-Observatorien mehrere weitere Entdeckungen verschmelzender massereicher Systeme, und letzte Woche das zeigte das Event Horizon Telescope das erste horizontgroße Bild eines Schwarzen Loches.

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