Der Nachthimmel hat lange Zeit einen Menschen mit vielen Sternen angezogen und beeindruckt. Ein Amateurteleskop kann eine viel größere Vielf alt von Weltraumobjekten sehen - eine Fülle von Haufen, sphärischen und verstreuten, Nebeln und nahen Galaxien. Aber es gibt äußerst spektakuläre und interessante Phänomene, die nur leistungsstarke astronomische Instrumente erkennen können. Zu solchen Schätzen des Universums gehören die Ereignisse des Gravitationslinseneffekts und darunter die sogenannten Einstein-Kreuze. Welche das sind, erfahren wir in diesem Artikel.
Weltraumlinsen
Eine Gravitationslinse wird durch ein starkes Gravitationsfeld eines Objekts mit einer beträchtlichen Masse (z. B. einer großen Galaxie) erzeugt, das versehentlich zwischen dem Beobachter und einer entfernten Lichtquelle gefangen wird - einem Quasar, einer anderen Galaxie oder einem hellen Supernova.
Einsteins Gravitationstheorie betrachtet Gravitationsfelder als Verformungen des Raum-Zeit-Kontinuums. Dementsprechend sind auch die Linien, entlang denen sich Lichtstrahlen in kürzesten Zeitabständen ausbreiten (geodätische Linien).sind gebogen. Dadurch sieht der Betrachter das Bild der Lichtquelle in gewisser Weise verzerrt.
Was ist das "Einstein-Kreuz"?
Die Art der Verzerrung hängt von der Konfiguration der Gravitationslinse und ihrer Position relativ zur Sichtlinie zwischen Quelle und Beobachter ab. Steht die Linse streng symmetrisch zur Brennlinie, wird das verzerrte Bild ringförmig, verschiebt sich das Symmetriezentrum relativ zur Linie, so lässt sich ein solcher Einsteinring in Bögen unterteilen.
Bei ausreichend starker Verschiebung, wenn sich die vom Licht zurückgelegten Entfernungen stark unterscheiden, bildet die Linse mehrere Punktbilder. Einsteins Kreuz wird zu Ehren des Verfassers der Allgemeinen Relativitätstheorie, in deren Rahmen Phänomene dieser Art vorhergesagt wurden, als Vierfachbild der Linsenquelle bezeichnet.
Quasar in vier Gesichtern
Eines der „fotogensten“Quadrupel-Objekte ist der Quasar QSO 2237+0305 im Sternbild Pegasus. Es ist sehr weit weg: Das von diesem Quasar ausgesandte Licht hat mehr als 8 Milliarden Jahre zurückgelegt, bevor es auf die Kameralinsen von bodengestützten und Weltraumteleskopen traf. Bei diesem Einstein-Kreuz ist zu beachten, dass es sich um einen Eigennamen handelt, wenn auch inoffiziell, und mit einem Großbuchstaben geschrieben wird.
Oben auf dem Foto ist das Einsteinkreuz. Der zentrale Fleck ist der Kern der Linsengalaxie. Das Bild wurde aus dem Weltraum aufgenommendas Hubble-Teleskop.
Die Galaxie ZW 2237+030, die als Linse fungiert, ist 20-mal näher als der Quasar selbst. Interessanterweise unterliegt die Helligkeit jeder der vier Komponenten aufgrund des zusätzlichen Linseneffekts, der von einzelnen Sternen und möglicherweise von Sternhaufen oder massiven Gas- und Staubwolken in ihrer Zusammensetzung erzeugt wird, allmählichen und ungleichmäßigen Änderungen.
Formenvielf alt
Vielleicht nicht weniger schön ist der kreuzlinsenförmige Quasar HE 0435-1223, fast genauso weit entfernt wie QSO 2237+0305. Die Gravitationslinse nimmt hier aufgrund völlig zufälliger Umstände eine solche Position ein, dass alle vier Bilder des Quasars fast gleichmäßig angeordnet sind und ein fast regelmäßiges Kreuz bilden. Dieses außerordentlich spektakuläre Objekt befindet sich im Sternbild Eridani.
Und zum Schluss noch ein besonderer Anlass. Astronomen hatten das Glück, auf einem Foto festzuh alten, wie ein starkes Objektiv – eine Galaxie in einem riesigen Haufen im Vordergrund – visuell vergrößerte, nicht einen Quasar, sondern eine Supernova-Explosion. Die Einzigartigkeit dieses Ereignisses besteht darin, dass eine Supernova im Gegensatz zu einem Quasar ein kurzfristiges Phänomen ist. Die als Refsdal-Supernova bezeichnete Explosion ereignete sich vor über 9 Milliarden Jahren in einer fernen Galaxie.
Einige Zeit später wurde zum etwas weiter entfernten Einsteinkreuz, das die alte Sternexplosion verstärkte und vervielfachte, ein weiteres fünftes Bild hinzugefügt, aufgrund der Besonderheiten der Linsenstruktur verspätet und übrigens vorhergesagtim Voraus.
Im Bild unten sehen Sie das "Porträt" der Supernova Refsdal, multipliziert mit der Schwerkraft.
Wissenschaftliche Bedeutung des Phänomens
Natürlich spielt ein solches Phänomen wie das Einsteinkreuz nicht nur eine ästhetische Rolle. Die Existenz von Objekten dieser Art ist eine notwendige Folge der allgemeinen Relativitätstheorie, und ihre direkte Beobachtung ist eine der offensichtlichsten Bestätigungen ihrer Gültigkeit.
Zusammen mit anderen Effekten des Gravitationslinseneffekts ziehen sie die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich. Einsteins Kreuze und Ringe ermöglichen es, nicht nur so weit entfernte Lichtquellen zu untersuchen, die ohne Linsen nicht zu sehen wären, sondern auch die Struktur der Linsen selbst – zum Beispiel die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxienhaufen.
Die Untersuchung ungleichmäßig gestapelter Linsenbilder von Quasaren (einschließlich kreuzförmiger) kann auch dazu beitragen, andere wichtige kosmologische Parameter wie die Hubble-Konstante zu verfeinern. Diese unregelmäßig geformten Einsteinschen Ringe und Kreuze werden von Strahlen gebildet, die zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Entfernungen zurückgelegt haben. Daher ermöglicht ein Vergleich ihrer Geometrie mit Helligkeitsschwankungen eine große Genauigkeit bei der Bestimmung der Hubble-Konstante und damit der Dynamik des Universums.
Kurz gesagt, die erstaunlichen Phänomene, die von Gravitationslinsen erzeugt werden, sind nicht nur angenehm für das Auge, sondern spielen auch eine wichtige Rolle in der modernen Weltraumwissenschaft.
