Schlagwort: Gravitationslinse

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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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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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Neutronenstern Erde

Der Himmel ist voller atemberaubender Bilder, von denen viele im World Wide Web verfügbar sind. Jeden Tag zeigen wir ein anderes Bild unseres faszinierenden Universums, zusammen mit einer kurzen Erklärung, die von einem Berufsastronomen verfasst wird.

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Wenn man die Erde auf die ultrahohe Dichte eines Neutronensterns komprimieren könnte, würde sie vielleicht wie auf diesem Computerbild aussehen. Wegen des sehr starken Gravitationsfeldes lenkt ein Neutronenstern das Licht des Himmelshintergrundes stark ab. Wenn ihr genau hinseht, erkennt ihr zwei Bilder des Sternbildes Orion. Die Anziehungskraft dieses speziellen Neutronensterns wäre so groß, dass kein Teil des Neutronensterns außerhalb des Sichtfeldes liegt. Das Licht wird sogar von der Rückseite des Neutronensterns durch Gravitation nach vorne gelenkt.

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