Schlagwort: Gravitationslinse

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Zu nahe am Schwarzen Loch

Die Illustration zeigt in der Mitte einen schwarzen Kreis, der von wenigen hellen und mehr schwachen Sternen umgeben ist.

Bildcredit und Bildrechte: Alain Riazuelo

Was sieht man in der Nähe eines Schwarzen Loches? Dieses Bild wurde mit Computern erstellt. Es zeigt, wie seltsam alles aussieht. Das Schwarze Loch hat eine so starke Gravitation, dass Licht stark zu ihm gekrümmt wird. Das führt zu einigen sehr merkwürdigen optischen Verzerrungen.

Jeder Stern im normalen Bild hat hier mindestens zwei helle Abbildungen – je eine auf jeder Seite des Schwarzen Lochs. Nahe beim Schwarzen Loch seht ihr den ganzen Himmel. Das Licht wird aus allen Richtungen herumgekrümmt und kommt so zurück.

Die Originalkarte vom Hintergrund stammt von der 2MASS-Himmelsdurchmusterung in Infrarot. Darüber wurden die Sterne des Henry-Draper-Katalogs gelegt. Schwarze Löcher sind wohl der dichtestmögliche Zustand von Materie. Es gibt indirekte Hinweise auf ihr Vorkommen in Doppelsternsystemen und in den Zentren von Kugelsternhaufen, Galaxien und Quasaren.

Galerie: Partielle Sonnenfinsternis am Donnerstag

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Blaue Sternenbrücke zwischen Haufengalaxien

Der Haufen SDSS J1531+3414 im Sternbild Nördliche Krone enthält viele gelbe elliptische Galaxien. Sie sind im Bild verteilt. Das Zentrum ist von blauen dünnen Fasern umgeben. Über das Zentrum verläuft eine blaue verschnörkelte Brücke.

Bildcredit: NASA, ESA, G. Tremblay (ESO) et al.; Danksagung: Hubble-Vermächtnisteam (STScI/AURA) – ESA-Hubble-Arbeitsgruppe

Warum verläuft eine blaue Brücke aus Sternen in diesem Galaxienhaufen mitten durchs Zentrum? Der Haufen wird als SDSS J1531+3414 bezeichnet. Er enthält hauptsächlich viele große, gelbe, elliptische Galaxien.

Das Weltraumteleskop Hubble bildete das Zentrum des Haufens ab. Es ist von vielen ungewöhnlich dünnen, gekrümmten blauen Fasern umgeben. Eigentlich sind das weit entfernte Galaxien. Der Gravitationslinseneffekt des massereichen Haufens vergrößerte und verlängerte ihre Bilder.

Ungewöhnlich ist eine verschnörkelte blaue Faser. Sie befindet sich bei den großen elliptischen Galaxien mitten im Haufen. Bei genauer Betrachtung zeigte sich, dass es wahrscheinlich eine Brücke ist, die durch Gezeiteneffekte zwischen den beiden verschmelzenden elliptischen Galaxien in der Mitte entstand. Sie ist wohl nicht das Bild einer Galaxie im Hintergrund, die von Gravitationslinsen verzerrt wurde.

Die Knoten in der Brücke sind Kondensationsregionen. Ihr blaues Licht ist das von massereichen jungen Sternen. Die Zentralregion im Haufen wird wohl intensiv beforscht werden. Denn wegen ihrer Einzigartigkeit ist sie ein interessantes Sternbildungslabor.

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Galaxienhaufen vergrößert ferne Supernova

Der Galaxienhaufen Abell 383 wurde vom Weltraumteleskop Hubble abgebildet. Um die Menge an Dunkler Materie zu bestimmen, wurde eine Supernova beobachtet, die in einer weit dahinter liegenden Galaxie explodierte. Die Bilder mit und ohne Supernova sind links oben eingeblendet.

Bildcredit: NASA, ESA, C. McCully (Rutgers U.) et al.

Wie kalibriert man eine riesige Gravitationslinse? In diesem Fall ist die Linse der Galaxienhaufen Abell 383. Er ist eine massereiche Ansammlung aus Galaxien, heißem Gas und Dunkler Materie. Der Haufen ist etwa 2,5 Milliarden Lichtjahre entfernt (Rotverschiebung z=0,187). Was kalibriert werden muss, ist die Masse des Haufens. Dazu zählt vor allem die Menge und Verteilung der Dunklen Materie.

Kürzlich wurde eine neue Methode zur Kalibrierung getestet. Dabei wartet man, bis sich hinter einem Galaxienhaufen eine sehr spezielle Supernova ereignet. Dabei zeigt sich, wie stark der Haufen die Supernova durch den Gravitationslinseneffekt vergrößert haben muss. Diese Technik ergänzt andere Methoden. Man kann damit berechnen, wie viel Dunkle Materie nötig ist, um die Bewegungen der Galaxien und von heißem Gas im Haufen zu erklären und um die Verzerrung der Gravitationslinsenbilder zu erzeugen.

Der Galaxienhaufen A383 wurde vom Weltraumteleskop Hubble abgebildet. Rechts zeigen die stark verzerrten Galaxien, die weit hinter dem Zentrum des Haufens liegen, dass er als Gravitationslinse geeignet ist.

Links sind zwei Bilder einer fernen Galaxie eingeschoben. Sie entstanden vor und nach einer kürzlich beobachteten Supernova. Bisher wurden zwei kalibrationstaugliche Supernovae vom Typ Ia hinter zwei anderen Galaxienhaufen entdeckt. Das geschah beim Projekt Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH).

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Der massereiche Galaxienhaufen El Gordo

Der rosarote Nebel im Bild zeigt die Röntgenstrahlung eines der massereichsten Galaxienhaufen, die wir kennen. Der blaue Nebel im Bild zeigt die berechnete Verteilung der Dunklen Materie, sie wurde anhand der Verzerrung dahinter liegender Galaxien berechnet.

Bildcredit: NASA, ESA, J. Jee (UC Davis) et al.

Es ist größer als eine Brotdose. Sogar viel größer als alle Brotladen der Welt. Der Galaxienhaufen ACT-CL J0102-4915 ist eines der größten und massereichsten Objekte, die wir kennen. Er ist sieben Milliarden Lichtjahre (z = 0.87) entfernt und hat den Spitznamen „El Gordo“. ACT-CL J0102-4915 ist etwa sieben Millionen Lichtjahre groß. Er enthält eine Masse von einer Billiarde (1.000.000.000.000.000) Sonnen.

Dieses Bild von El Gordo kombiniert ein Bild des Weltraumteleskops Hubble im sichtbaren Licht mit einem Röntgenbild des Chandra-Observatoriums. Es zeigt das heiße Gas in Rosarot. Eine computergenerierte Karte zeigt die wahrscheinlichste Verteilung der Dunklen Materie in Blau. Die Dunkle Materie wurde anhand der Verzerrung der Hintergrundgalaxien durch Gravitationslinsen berechnet.

Fast alle hellen Flecken sind Galaxien. Die Verteilung der blauen Dunklen Materie zeigt, dass sich der Haufen im mittleren Stadium einer Kollision zweier großer Galaxienhaufen befindet. Wenn man das Bild genau betrachtet, sieht man eine fast senkrechte Galaxie, die ungewöhnlich lang erscheint. Diese Galaxie ist in Wirklichkeit weit im Hintergrund. Ihr Bild ist durch den Gravitationslinseneffekt des massereichen Haufens gestreckt.

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Der Galaxienhaufen Abell 1689 lenkt Licht ab

Helle, verschwommen wirkende Galaxien drängen sich in der Mitte dieses Bildes. Im Umkreis sind blaue, schmale Bögen zu finden, es sind Galaxien, deren Bilder von der Gravitation des Haufens verzerrt wurden.

Credit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnisteam (STScI/AURA) sowie J. Blakeslee (NRC Herzberg, DAO) und H. Ford (JHU)

Hier ist eines der massereichsten Objekte im sichtbaren Universum. Diese Ansicht entstand mit der Advanced Camera for Surveys (ACS) an Bord des Weltraumteleskops Hubble.

Im Bild krümmt der Galaxienhaufen Abell 1689 sichtlich den Raum. Das wurde von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Der Haufen krümmt das Licht einzelner Galaxien, die hinter dem Haufen liegen. Dabei entstehen gekrümmte Mehrfachbilder. Die Stärke der gewaltigen Gravitationslinse wird von ihrer Masse bestimmt.

Doch die sichtbare Materie in Form der gelblichen Galaxien im Haufen bildet nur etwa ein Prozent der Masse, die für die beobachteten bläulichen Bogenbilder der Hintergrundgalaxien nötig wäre. Tatsächlich hat ein Großteil der Gravitationsmasse, die eine Krümmung des Raumes in diesem kosmischen Ausmaß erklären könnte, eine Form der immer noch rätselhaften Dunklen Materie.

Dunkle Materie ist die überwiegende Gravitationsquelle in Abell 1689, doch ihre Anwesenheit wird nur durch die gekrümmten Bögen und verzerrten Bilder der Hintergrundgalaxien sichtbar. Überraschend ist, dass eine genaue Untersuchung dieses Bildes mehr als 100.000 Kugelsternhaufen im Galaxienhaufen zum Vorschein bringt.

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Ein Schwarzes Loch in der Photonensphäre umkreisen

Bildcredit und Bildrechte: Robert Nemiroff (MTU)

Was würden wir sehen, wenn wir zu einem Schwarzen Loch kommen? Ein besonders interessanter Ort in der Nähe eines Schwarzen Loches ist seine Photonensphäre. Dort können Photonen es umkreisen. Dieser Bereich ist 50 Prozent weiter vom Innersten entfernt als der Ereignishorizont.

Wenn ihr von der Photonensphäre eines Schwarzen Loches nach außen blickt, wäre der halbe Himmel ganz schwarz. Die andere Hälfte wäre ungewöhnlich hell. Was sich hinter eurem Kopf befindet, wäre in der Mitte zu sehen.

Dieses computeranimierte Video zeigt diese Aussicht von der Photonensphäre aus. Die untere Region erscheint schwarz, weil alle Lichtstrahlen in dieser dunklen Region vom Schwarzen Loch ausgehen müssten. Das Schwarze Loch strahlt aber natürlich kein Licht ab. Die obere Hälfte des Himmels leuchtet dagegen ungewöhnlich hell und blau verschoben.

Zur Hell-dunkel-Teilung in der Mitte hin tauchen immer mehr vollständige Himmelsbilder auf. Diese Hell-Dunkel-Teilung ist die Photonensphäre. Dort befinden wir uns. Da hier Photonen kreisen können, kreist auch Licht von hinter dem Kopf um das Schwarze Loch und gelangt so ans Auge. Kein Ort am Himmel ist hier verborgen. Sterne, die hinter dem Schwarzen Loch vorbeiwandern, schwirren scheinbar schnell um einen Einsteinring herum. Der Einsteinring erscheint oben als waagrechte Linie. Er ist etwa ein Viertel der Bildhöhe vom oberen Rand des Videos entfernt.

Dieser Film ist Teil einer Videoserie, die den Raum in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches visuell erforscht.

(Hinweis: Der Urheber des Videos, Robert Nemiroff, ist einer der APOD-Herausgeber.)

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Um ein Schwarzes Loch kreisen

Bildcredit und Bildrechte: Robert Nemiroff (MTU)

Wie sieht es aus, wenn man um ein Schwarzes Loch kreist? Die starke Gravitation des Schwarzen Loches lenkt die Bahnen von Licht stark ab. Daher wäre die Umgebung sehr merkwürdig.

Erstens könnte man den ganzen Himmel sehen, weil sogar das Licht der Sterne hinter dem Schwarzen Loch zum Betrachter gelenkt würde. Außerdem wäre der Himmel in der Nähe des Schwarzen Lochs stark verzerrt. Dabei würden zum Schwarzen Loch hin immer mehr Bilder des gesamten Himmels sichtbar. Das visuell Auffälligste wäre aber, dass das äußerste Himmelsbild vollständig in einem leicht erkennbaren Kreis enthalten wäre, einem sogenannten Einsteinring.

Das oben gezeigte, wissenschaftlich korrekte Video wurde mit Computern erstellt. Es zeigt, was man sieht, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist. Sterne, die fast genau hinter dem Schwarzen Loch vorbeiziehen, wandern sehr schnell um den Einsteinring herum. Sternbilder in der Nähe des Einsteinrings bewegen sich scheinbar schneller als Licht, doch kein Stern bewegt sich tatsächlich so schnell.

Dieses Video ist Teil einer Serie, die den Weltraum in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches visuell erforscht.

Hinweis: Der Urheber des Videos, Robert Nemiroff, ist einer der APOD-Herausgeber.

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Blick durch Abell 68

Dieses Hubble-Bild zeigt den Galaxienhaufen Abell 68. Es veranschaulicht die Funktion einer natürlichen Gravitationslinse.

Credit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnis/ESA-Hubble-Arbeitsgemeinschaft – Danksagung: Nick Rose

Möchtet ihr einen Galaxienhaufen als Teleskop benützen? Es ist einfacher, als ihr denkt. Ferne Galaxienhaufen sind natürliche starke Gravitationslinsen. Die Gravitationsmasse des Haufens besteht großteils aus Dunkler Materie. Im Einklang mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie krümmt sie Licht, das von dahinter kommt. So entstehen vergrößerte und verzerrte Bilder von Galaxien im Hintergrund, die noch weiter entfernt sind.

Dieses scharfe Infrarotbild von Hubble zeigt die Funktion des Galaxienhaufens Abell 68 als Gravitationsteleskop. Es wurde von dem Amateurastronomen Nick Rose beim Wettbewerb „ESA-Hubbles verborgene Schätze“ untersucht.

Wenn ihr den Mauspfeil über das Bild schiebt, seht ihr Markierungen im Bild. Die Markierungen 1 und 2 zeigen zwei Linsenbilder derselben 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 zeigt viele Hintergrundgalaxien. Sie sind als längliche Streifen und Bögen abgebildet.

Der Galaxienhaufen Abell 68 ist etwa 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Füchslein (Vulpecula). Die Zentralregion des Haufens auf der Hubble-Ansicht ist mehr als 1,2 Millionen Lichtjahre breit.

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