Schlagwort: Gravitationslinse

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Zu nahe an einem schwarzen Loch

Mitten in einer sterngesprenkelten Gegend öffnet sich ein schwarzer Kreis, der wie von einem Wulst umgeben wirkt.

Credit und Bildrechte: Alain Riazuelo

Beschreibung: Was würdet ihr sehen, wenn ihr zu einem schwarzen Loch kommt? Oben seht ihr ein computergeneriertes Bild, das zeigt, wie seltsam die Dinge aussehen würden. Das schwarze Loch besitzt eine so starke Gravitation, dass Licht merklich in seine Richtung gebogen ist. Das würde einige sehr ungewöhnliche visuelle Verzerrungen verursachen.

Jeder Stern im normalen Bildfeld hat mindestens zwei helle Abbildungen, und zwar eine auf jeder Seite des schwarzen Lochs. In der Nähe des schwarzen Lochs seht ihr den gesamten Himmel, weil Licht aus jeder Richtung außen herum gebeugt wird und zu euch zurückkommt.

Die ursprüngliche Hintergrundkarte stammt aus der Himmelsdurchmusterung 2MASS in Infrarot. Die Sterne des Henry-Draper–Katalogs wurden darüber gelegt. Schwarze Löcher gelten als der dichteste Zustand, den Materie annehmen kann, und es gibt indirekte Hinweise auf ihr Vorkommen in Doppelsternsystemen und in den Zentren von Kugelsternhaufen, Galaxien und Quasaren.

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Galaxiehnaufen Abell 1689 vergrößert das dunkle Universum

Im Bild sind viele Lichtflecken verteilt, die fast allesamt Galaxien sind. In der Mitte sind sie von einen blauen Nebel umgeben.

Credit: NASA, ESA, E. Jullo (JPL), P. Natarajan (Yale) und J.-P. Kneib (LAM, CNRS); Danksagung an H. Ford, N. Benetiz (JHU) und T. Broadhurst (Tel Aviv)

Beschreibung: Was ist mit diesem Galaxienhaufen los? Um herauszufinden, welche Formen an Materie der Haufen Abell 1689 enthält, braucht man nicht nur genaue Bilder von Teleskopen wie dem Weltraumteleskop Hubble, sondern auch detaillierte Computermodelle.

Fast jedes verschwommene gelbe Fleckchen im Bild ist eine ganze Galaxie. Eine genaue Untersuchung zeigt, dass viele Galaxien im Hintergrund auf seltsame Weise vergrößert und durch die Gravitationslinse des Haufens zu langen, gekrümmten Bögen verzerrt sind. Computeranalysen der Platzierung und Glätte dieser Bögen lassen vermuten, dass der Haufen zusätzlich zu der Materie in den Galaxien, die wir sehen, auch eine erhebliche Menge an Dunkler Materie enthält, die etwa wie in dem Modell verteilt ist, das in Purpur digital darübergelegt wurde.

Abell 1689 bleibt dennoch rätselhaft, weil die Bögen so zahlreich und vielfältig sind, dass es kein Modell für Dunkle Materie gibt, das alle Bögen erklären kann und trotzdem mit den Modellen für Dunkle Materie übereinstimmt, die für die Einschränkung ihrer Bewegung benötigt werden.

Die detailreiche Information, die durch Galaxienhaufen wie Abell 1689 verfügbar ist, lässt hoffen, dass eines Tages eine vollständige Erklärung gefunden wird, die nicht nur die Dunkle Materie in Haufen vollständig erklärt, sondern auch den Anteil an Dunkler Energie im Universum, die in der Sichtlinie zu den fernen Bögen nötig ist.

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Abell 2218 – eine Galaxienhaufen-Linse

Im Bild sind viele Galaxien verteilt. Die zarten Bögen im Bild sind Bilder von Galaxien, die noch weiter entfernt sind.

Credit: Andrew Fruchter (STScI) et al., WFPC2, HST, NASA; Digital nachbearbeitet: Al Kelly

Beschreibung: Was sind diese seltsamen Fasern? Es sind Galaxien im Hintergrund. Gravitation kann Licht beugen, daher wirken große Galaxienhaufen als Teleskope, die Bilder von Hintergrundgalaxien zu länglichen Strängen verzerren.

Fast alle hellen Objekte auf diesem Bild des Weltraumteleskops Hubble sind Galaxien des Haufens Abell 2218. Der Haufen ist so massereich und kompakt, dass seine Gravitation das Licht von dahinter liegenden Galaxien beugt und bündelt. Ein Ergebnis dessen sind Mehrfachbilder der Hintergrundgalaxien, die zu langen, zarten Bögen verzerrt sind – ein einfacher Linseneffekt, ähnlich wie wenn man ferne Straßenlampen durch ein Weinglas betrachtet.

Der Galaxienhaufen Abell 2218 ist etwa drei Milliarden Lichtjahre entfernt und liegt im nördlichen Sternbild Drache (Draco). Die Stärke dieses massereichen Haufenteleskops erlaubte Astronomen* eine Galaxie mit einer Rotverschiebung von 5,58 zu entdecken.

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Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Nitten im Bild leuchten vier eng beisammen stehende Lichtflecken, umgeben von einem blassen galaxienförmigen Nebel. Der Rest des Bildes ist dunkel mit wenigen sehr blassen Lichtpunkten.

Credit und Bildrechte: J. Rhoads (ASU) et al., WIYN, AURA, NOAO, NSF

Beschreibung: Die meisten Galaxien haben nur einen Kern – hat diese Galaxie vier? Die seltsame Antwort führt Astronominnen* zu dem Schluss, dass der Kern der Galaxie auf diesem Bild nicht einmal sichtbar ist. Stattdessen stammt das Kleeblatt in der Mitte vom Licht eines Quasars im Hintergrund. Das Gravitationsfeld der sichtbaren Vordergrundgalaxie bricht das Licht dieses fernen Quasars in vier einzelne Bilder. Der Quasar muss genau in der Sichtlinie hinter der Mitte der massereichen Galaxie stehen, um ein Trugbild wie dieses zu bilden. Der Effekt ist als Gravitationslinseneffekt bekannt, und dieses spezielle Objekt trägt die Bezeichnung Einsteinkreuz. Noch merkwürdiger ist, dass die relative Helligkeit der Bilder des Einsteinkreuzes variiert, weil sie bisweilen durch einen zusätzlichen Gravitationslinseneffekt einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verstärkt werden.

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Schwache Gravitationslinsen verzerren das Universum

In einem Quader, der von weißen Linien skizziert ist, befindet sich ein rötliches Gespinst, in dem die Bahnen von drei Objekten markiert sind. An den Enden der Bahnen sind cyanfarbene Ovale.

Credit: S. Colombi (IAP), CFHT Team

Ist das ferne Universum wirklich so, wie wir es sehen? Weltraumforschende hoffen das nicht. Die Dunkle Materie im Raum dazwischen, die normalerweise unsichtbar ist, zeigt vielleicht ihre Präsenz, indem sie Bilder aus dem fernen Universum verzerrt, ähnlich wie ein altes Fenster Bilder von der anderen Seite verformt.

Wenn man feststellt, wie sehr die Hintergrundgalaxien ungewöhnlich flach und ihren Nachbargalaxien auffallend ähnlich erscheinen, kann man die Verteilung der Dunklen Materie abschätzen, die diese schwache Gravitationslinsenverzerrung verursacht.

Mit dem Canada-France-Hawaii-Teleskop (CFHT) wurden 200.000 weit entfernten Galaxien aufgenommen. Die Auswertung der Formen dieser Galaxien lässt ein massereiches Netzwerk von verteilter Dunkler Materie vermuten. Aus künftigen Ergebnissen kann man vielleicht sogar Details dieser Verteilung erkennen.

Dieses computergenerierte Simulationsbild zeigt, wie Dunkle Materie (rot) den Lichtweg und die scheinbare Form von weit entfernten Galaxien – blau dargestellt – verzerrt.

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