Schlagwort: Gravitationslinse

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Abell 370: Galaxienhaufen-Gravitationslinse

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Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung und Bildrechte: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)

Beschreibung: Was sind diese seltsamen Bögen? Beim Abbilden des Galaxienhaufens Abell 370 entdeckten Astronomen einen ungewöhnlichen Bogen. Die Natur des Bogens wurde nicht sofort erkannt, sondern erst, als bessere Bilder zeigten, dass der Bogen eine noch nie zuvor beobachtete Art astrophysikalisch verzerrter Abbildungen in Gravitationslinsen war, bei denen das Zentrum eines ganzen Galaxienhaufens die Linse ist.

Heute wissen wir, dass dieser Bogen – der hellste Bogen im Haufen – eigentlich aus zwei verzerrten Bildern einer ziemlich normalen Galaxie besteht, die zufällig weit entfernt dahinter liegt. Durch die Gravitation von Abell 370 wurde das Licht der Hintergrundgalaxien – und anderer Galaxien – verteilt, sodass es auf mehrfachen Lichtlaufwegen zum Beobachter gelangte – ähnlich wie wenn ein fernes Licht durch den Stiel eines Weinglases leuchtet.

Fast alle hier abgebildeten gelblichen Strukturen sind Galaxien im Haufen Abell 370. Ein scharfes Auge erkennt jedoch viele seltsame Bögen und verzerrte Bogenteile, die eigentlich die Bilder ferner normaler Galaxien sind, welche durch Gravitation gebrochen wurden. Untersuchungen von Abell 370 und seiner Bilder bieten Astronomen einen einzigartigen Blick auf die Verteilung normaler und Dunkler Materie in Galaxienhaufen und im Universum.

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Auswärtige Galaxien

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Bildcredit und Bildrechte: Daten – Hubble Legacy Archive, Bearbeitung – Domingo Pestana

Beschreibung: Diese atemberaubende Galaxiengruppe ist weit, weit weg – sie ist etwa 450 Millionen Lichtjahre vom Planeten Erde entfernt und als Galaxienhaufen Abell S0740 katalogisiert. Diese neu bearbeitete Ansicht des Weltraumteleskops Hubble zeigt eine beachtliche Auswahl an Galaxiengrößen und -formen mit nur wenigen gezackten Vordergrundsternen, die über das Feld verteilt sind.

Die große zentrale elliptische Galaxie (ESO 325-G004) tritt markant hervor. Die riesige elliptische Galaxie (rechts neben der Mitte) umfasst mehr als 100.000 Lichtjahre und enthält ungefähr 100 Milliarden Sterne, sie ist mit unserer Milchstraßenspiralgalaxie vergleichbar. Die Hubbledaten zeigen sogar bei diesen fernen Galaxien einen Reichtum an Details, einschließlich der Arme und Staubbahnen, Sternhaufen, Ringstrukturen und Gravitationslinsenbögen.

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Zufallsblitz – ein Kandidat für den bisher fernsten Stern

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Bildcredit: NASA, ESA und P. Kelly (U. Minnesota) et al.

Beschreibung: Stammt dieser Blitz vom fernsten Stern, den wir je gesehen haben? Ein unerwarteter Lichtblitz, der zufällig auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble entdeckt wurde, ist vielleicht nicht nur ein ungewöhnliches Gravitationslinsenereignis, sondern auch das Bild eines normalen Sterns, der 100 Mal weiter entfernt ist als jeder bisher einzeln abgebildete Stern.

Dieses Bild zeigt links den Galaxienhaufen mit vielen gelblichen Galaxien. Rechts befindet sich ein ausgedehntes Quadrat, wo 2016 eine Quelle erschien, die 2011 nicht erkennbar war. Das Spektrum und die Veränderlichkeit dieser Quelle ähneln seltsamerweise nicht einer Supernova, sondern passen eher zu einem normalen blauen Überriesenstern, der durch eine Ansammlung ausgerichteter Gravitationslinsen etwa um den Faktor 2000 vergrößert wurde. Diese Quelle wird als Icarus bezeichnet, sie befindet in einer Galaxie weit hinter dem Galaxienhaufen im fernen Universum – bei Rotverschiebung 1,5.

Wenn die Interpretation der Linse korrekt und Icarus kein explodierender Stern ist, könnten weitere Beobachtungen dieses und anderer ähnlich vergrößerter Sterne Information über den Gehalt an stellarer und Dunkler Materie in diesem Galaxienhaufen und im Universum liefern.

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Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Mitten im Bild leuchtet ein Bündel aus vier Lichtpunkten, das von einem blassen Nebel umgeben ist.

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

Beschreibung: Die meisten Galaxien haben einen einzigen Kern – hat diese Galaxie vier? Forschende der Astronomie kommen zu dem seltsamen Schluss, dass der Kern der umgebenden Galaxie auf diesem Bild nicht einmal sichtbar ist. Stattdessen besteht das Kleeblatt in der Mitte aus Licht, das von einem Quasar im Hintergrund abgestrahlt wird.

Das Gravitationsfeld der im Vordergrund sichtbaren Galaxie bricht das Licht dieses fernen Quasars in vier Einzelbilder. Für eine Illusion wie diese muss der Quasar exakt hinter dem Zentrum der massereichen Galaxie liegen. Der Effekt wird als Gravitationslinseneffekt bezeichnet, diese spezielle Linse ist als Einsteinkreuz bekannt. Noch seltsamer ist, dass die relative Helligkeit der Bilder im Einsteinkreuz variiert, weil sie gelegentlich durch zusätzliche Mikrolinseneffekte einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verstärkt wird.

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Vier Quasarbilder umgeben eine Galaxienlinse

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Bildcredit: ESA/Hubble, NASA, Sherry Suyu et al.

Beschreibung: Das Seltsame an dieser Gruppe aus Lichtern in der Mitte ist, dass vier davon derselbe ferne Quasar sind, weil die Galaxie im Vordergrund – in der Mitte der Quasarbilder und hier vorgestellt – als unruhige Gravitationslinse wirkt. Vielleicht noch seltsamer ist, dass man durch Beobachtung des Flackerns dieses Quasars im Hintergrund die Expansionsgeschwindigkeit des Universums schätzen kann, weil die Flackerabläufe zunehmen, wenn die Expansionsgeschwindigkeit steigt. Manche Astronomen sehen das Verrückteste darin, dass diese mehrfach abgebildeten Quasare ein Hinweis auf ein Universum sind, das etwas schneller expandiert als mithilfe verschiedener Methoden, die für das frühe Universum gelten, geschätzt wurde. Das ist so, weil … nun ja, niemand weiß, warum. Zu den Gründen könnte eine unerwartete Verteilung Dunkler Materie, ein unerwarteter Gravitationseffekt oder etwas ganz Anderes zählen. Vielleicht beseitigen künftige Beobachtungen und Analysen dieses und ähnlich gebrochener Quasarbilder diese Unklarheiten.

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Blick durch Abell 68

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Credit: NASA,ESA, Hubble Heritage/ESA-Hubble Collaboration – Danksagung: Nick Rose

Beschreibung: Möchten Sie einen Galaxienhaufen als Teleskop benützen? Es ist einfacher, als Sie vielleicht denken, da sich ferne Galaxienhaufen wie natürliche starke Gravitationslinsen verhalten. In Übereinstimmung mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wird durch die Gravitationsmasse des Haufens, in der Dunkle Materie überwiegt, Licht gekrümmt. Dabei werden vergrößerte, verzerrte Bilder von noch ferneren Hintergrundgalaxien erzeugt.

Dieses scharfe Hubble-Infrarotbild veranschaulicht die Funktion des Galaxienhaufens Abell 68 als Gravitationsteleskop und wurde vom Amateurastronomen Nick Rose im Rahmen des Bildbearbeitungswettbewerbs „ESA-Hubble Hidden Treasures“ untersucht. Wenn Sie den Mauspfeil über das Bild schieben, werden im Bild Markierungen sichtbar.

Die Markierungen 1 und 2 zeigen zwei Linsenbilder der gleichen Hintergrundgalaxie. Das verzerrte Galaxienbild mit der Markierung 2 ähnelt einem klassischen Space Invader! Markierung 3 zeigt eine unverzerrte Haufengalaxie, deren Gas abgestreift wird, während sie durch das dichtere intergalaktische Medium pflügt. Markierung 4 enthält viele Hintergrundgalaxien, die als längliche Streifen und Bögen abgebildet sind.

Abell 68 ist etwa 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Füchslein (Vulpecula) zu finden. Die Zentralregion des Haufens bedeckt auf der Hubble-Ansicht mehr als 1,2 Millionen Lichtjahre.

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Ein Hufeisen-Einstein-Ring von Hubble

Um eine elliptische Galaxie verlaufen blaue Bögen. Im Hintergrund sind weitere kleine Galaxien verteilt.

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA

Was ist riesig und blau und kann sich um eine ganze Galaxie wickeln? Das Trugbild einer Gravitationslinse. Das Bild zeigt, wie die Gravitation einer rot leuchtenden Galaxie (LRG) das Licht einer viel weiter entfernten blauen Galaxie durch ihre Gravitation verzerrt.

Meistens entstehen bei so einer Lichtbrechung zwei voneinander getrennte Bilder der weiter entfernten Galaxie. Doch hier ist die Linsenanordnung so präzise, dass die Hintergrundgalaxie zu einem Hufeisen verzerrt wird, das einen fast vollständigen Ring bildet. So ein Linseneffekt wurde vor mehr als 70 Jahren von Albert Einstein allgemein und ausführlich vorhergesagt. Daher werden Ringe wie dieser als Einsteinringe bezeichnet.

LRG 3-757 wurde 2007 in Daten der Sloan Digital Sky Survey (SDSS) entdeckt. Das oben gezeigte Bild ist eine nachfolgende Beobachtung mit der Wide Field Camera 3 des Weltraumteleskops Hubble. Starke Gravitationslinsen wie LRG 3-757 sind mehr als nur eine Kuriosität. Ihre Mehrfachbilder erlauben Astronominnen*, die Masse und den Gehalt an Dunkler Materie der Galaxienlinse im Vordergrund zu bestimmen.

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MACS 1206: Eine Galaxienhaufen-Gravitationslinse

Das Bild ist voller Galaxien. In einem Kreis sind verzerrte Bilder von weiter entfernten Galaxien um eine helle Galaxie in der Mitte verteilt.

Bildcredit: NASA, ESA, M. Postman (STScI) und das CLASH-Team

Es ist schwierig, eine Galaxie hinter einem Galaxienhaufen zu verstecken. Die Gravitation des näheren Haufens verhält sich wie eine riesige Linse und bricht Bilder der fernen Galaxie um die Seiten herum und verzerrt sie stark. Genau dies wurde bei diesem kürzlich veröffentlichten Bild aus der CLASH-Durchmusterung mit dem Weltraumteleskop Hubble beobachtet.

Der Haufen MACS J1206.2-0847 besteht aus vielen Galaxien. Er verzerrt das Bild einer gelbroten Hintergrundgalaxie rechts zu dem riesigen Bogen. Wenn man das Bild genau betrachtet, zeigt es mehrere weitere verzerrte Hintergrundgalaxien. Viele davon erscheinen als längliche Büschel.

Der Haufen im Vordergrund kann nur dann so glatte Bögen bilden, wenn ein Großteil seiner Masse gleichmäßig verteilte Dunkle Materie ist, die nicht in den sichtbaren Haufengalaxien konzentriert ist. Eine Analyse der Positionen dieser Gravitationsbögen ist für Forschende auch eine Methode, um die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxienhaufen abzuschätzen. Das führt zu Rückschlüssen, wann diese riesigen Galaxienansammlungen entstanden sind.

APOD-Rückblick: Die besten Galaxienhaufen
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