Die eindrucksvollsten Astronomiebilder führen uns durch Raum und Zeit zu Sternen und Galaxien, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind. Im Zentrum dieser vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommenen Galaxie befindet sich eine Ansammlung von drei Galaxien. Sie sind nicht ganz so nah beieinander, obwohl sie auf diesem Bild so zu sein scheinen. Das Faszinierende an diesem Bild ist, dass es ein schönes Beispiel eines Einstein-Gravitationsrings ist – und seine Entdeckung durch Mitglieder der Öffentlichkeit ermöglicht wurde.
Schauen wir uns dieses Bild genauer an. Beginnen Sie mit der zentralen Punktlichtquelle. Es handelt sich um eine Vordergrundgalaxie namens SDSS J020941.27+001558.4, die fast drei Milliarden Lichtjahre entfernt liegt. Es ist wahrscheinlich die Heimat von Millionen oder Milliarden von Sternen, Planeten, Nebeln und anderen Objekten. Es gibt eine weitere Galaxie namens SDSS J020941.23+001600.7, die direkt über der Zentralgalaxie erscheint – und auch sie beherbergt Millionen von Sternen.
Beide Galaxien scheinen von einem rötlichen Lichtring umgeben zu sein. Ob Sie es glauben oder nicht, das ist auch eine Galaxie. Was wir jedoch sehen, ist ein verzerrtes Bild. Es ist sehr weit entfernt und wir sehen es so, wie es war, als das Universum erst 2,6 Milliarden Jahre alt war.
Eine Galaxie in einen Einsteinring verzerren
Die entfernte Linsengalaxie – HerS J020941.1+001557 – ist also nicht ringförmig. Aufgrund eines fantastischen Zusammenwirkens von Gravitationseffekten sieht es einfach so aus. Die Galaxie liegt fast direkt hinter der näheren Galaxie (dem zentralen Lichtpunkt). Während das Licht der fernen Galaxie durch den Weltraum wandert, bewegt es sich durch das Gravitationsfeld der dazwischen liegenden Galaxie. Das „beugt“ das Licht und verzerrt das Erscheinungsbild der Galaxie in die Ringform, die wir hier sehen. Er wird „Einstein-Ring“ genannt, weil das Gravitationsfeld der Galaxie (oder in manchen Fällen eines dazwischen liegenden Galaxienhaufens) eine „Linse“ erzeugt, die das Licht verzerrt.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass starke Gravitationsfelder das Licht beeinflussen, wenn es durch (oder in der Nähe) hindurchtritt. Wenn alle Teile in einer perfekten Linie zueinander liegen (also die Hintergrundgalaxie, die Gravitationsquelle und die Erde), dann erhält man eine perfekte Ringform. Selbst eine kleine Abweichung von einer perfekten Ausrichtung führt zu einem Gravitationsbogen oder Teilring. Das ist es, was wir hier sehen.
Einstein-Ringe über Space Warps finden
Während Einsteinringe relativ selten sind, gibt es im gesamten Universum Beispiele für Gravitationslinsen. Wie sich herausstellt, liefern Linsenbilder entfernter Galaxien und Quasare interessante wissenschaftliche Erkenntnisse. Nur als Beispiel: Das Ausmaß der Linsenwirkung, die das Bild eines entfernten Objekts verzerrt, verrät Astronomen viel über die Linsengalaxie oder den Galaxienhaufen.
Sobald sie diese Informationen haben, können Forscher sie nutzen, um die Hintergrundgalaxie zu „rekonstruieren“ und mehr über ihre Sterne zu erfahren. Die Linsenwirkung bietet eine Möglichkeit, alte Galaxien zu sehen und kann sogar Supernova-Explosionen in diesen entfernten Objekten verfolgen. Wissenschaftler nutzen Linsenobjekte, um mehr über Dunkle Materie und ihre Eigenschaften zu erfahren und sogar die Expansionsrate des Universums abzuschätzen.
Hubble und andere Teleskope haben viele Bilder dieser kosmischen Aufstellungen gemacht, mehr als Zeit für eine vollständige Untersuchung bleibt. Eine Gruppe von Astronomen sammelte Bilder vom Instrument „Hyper Suprim-Cam“ (HSC) des Subaru-Teleskops und stellte sie in eine Datenbank ein. Diese Bilder sind Teil einer umfangreichen Himmelsuntersuchung, die HSC durchgeführt hat. Und Wissenschaftler schätzten, dass in den Bildern des HSC Hunderte von Linsen erfasst sein könnten. Sie beschlossen, sie über Zooniverse, ein Citizen-Science-Portal, verfügbar zu machen. Anschließend luden sie die Öffentlichkeit ein, die Bilder im Rahmen eines Projekts namens „Space Warps“ zu sortieren. Ziel war es, nach Linsen zu suchen. Insbesondere wollten sie Einstein-Ringe finden.
Im Januar 2014 identifizierten Bürgerwissenschaftler auf der Spacewarps-Website diese Linse in den HSC-Daten. Es war das Ergebnis stundenlanger Gravitationslinsenklassifizierungen, die an den HSC-Daten durchgeführt wurden. Sie waren eine von vier Gruppen, die diese Linse fanden, und sie wurde auch in Bildern des Canada-France-Hawai’i Telescope, des Herschel-Teleskops und der Planck-Sonde identifiziert. Seitdem wurde die Linse von vielen anderen Teleskopen untersucht, darunter auch Hubble.
Mit Linsen das Universum erforschen
Gravitationslinsen wie diese bieten eine einzigartige Möglichkeit, frühe Epochen der kosmischen Zeit zu untersuchen. Die sorgfältige Untersuchung verzerrter Galaxien und Quasare gibt Aufschluss darüber, wie sie aussahen, als das Universum noch sehr jung war. Wir können ihre Entstehung, die Entstehung (und den Tod) ihrer Sterne und die Verbindung kleinerer Galaxien zu größeren verfolgen. Linsenbilder aktiver galaktischer Kerne könnten auch ernsthafte Hinweise auf die Entstehung zentraler supermassereicher Schwarzer Löcher in der Frühgeschichte geben.
Stellen Sie sich Gravitationslinsen als eine Möglichkeit vor, dunkle und entfernte Bereiche des Universums zu erkunden. Sie sind fast wie Zeitmaschinen und ermöglichen uns einen klareren Einblick in antike kosmische Ereignisse und Prozesse. Einige dieser Linsen sind nicht so dramatisch wie diese, aber selbst die schwächeren ermöglichen uns Einblicke in weiter entfernte Objekte und geben Einblick in die Gravitationsstrukturen, die sie erzeugen.