Wenn Sie wie ich schon einmal Teleskope genutzt haben, um die Wunder des Universums zu bestaunen, dann waren auch Sie vielleicht ein wenig vom Thema Gravitationslinsen fasziniert. Denken Sie darüber nach: Wie cool ist es, dass genau das Universum, das wir zu erforschen versuchen, uns tatsächlich Teleskope zur Verfügung stellt, mit denen wir die dunkelsten Ecken von Raum und Zeit erforschen können?
Die Ausrichtung großer Galaxienhaufen ist der übliche Übeltäter, dessen Schwerkraft entferntes Licht beugt, um uns die eigenen Teleskope der Natur zu geben, aber jetzt stellt der Teilzeit-theoretische Physiker Viktor T. Toth die Frage: „Können mehrere Gravitationslinsen aneinandergereiht sein und können sie dafür sorgen?“ eine „Kommunikationsbrücke“, um Zivilisationen die Kommunikation zu ermöglichen?“
Vielleicht haben Sie schon einmal von Albert Einstein gehört. In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschreibt er, wie die Anwesenheit von Materie den Raum um sie herum verzerren kann. Die berühmte Analogie, eine Bowlingkugel in der Mitte einer großen Gummiplatte zu platzieren, führt zu einer Senke, die um die Masse der Bowlingkugel herum zentriert ist. Jedes Objekt, das am Ball vorbeirollt, würde sich durch einen „gekrümmten Raum“ bewegen und daher feststellen, dass seine Bahn geändert wird. Genau dieses Konzept wird von Weltraummissionsplanern erfolgreich genutzt, um die Flugbahn von Raumfahrzeugen anzupassen, die das Sonnensystem erkunden.
Das gleiche Konzept gilt für Licht, wenn es an massiven Objekten wie Galaxienhaufen vorbeigeht, und ist das Prinzip hinter der Gravitationslinse. Der erste Beweis dafür, dass Licht von einem massiven Objekt abgelenkt wird, wurde 1919 von Arthur Eddington und Frank Watson Dyson während einer totalen Sonnenfinsternis erbracht. Gravitationslinsen kamen 60 Jahre später auf den Plan, als sie erstmals 1979 von Dennis Walsh, Bob Carswell und Ray Weymann mit dem 2,1-m-Teleskop am Kitt Peak National Observatory beobachtet wurden.
In einem faszinierendes Papier von Toth verfasst und im veröffentlicht arXiv Auf dem Preprint-Server untersucht er die Möglichkeit, dass mehrere Gravitationslinsen für eine zusätzliche Lichtverstärkung sorgen könnten, um eine Kommunikationsbrücke zwischen entfernten Zivilisationen zu schaffen.
In einer herkömmlichen Gravitationslinse befindet sich eine große Masse – beispielsweise ein Galaxienhaufen – zwischen einem weiter entfernten Objekt und der Erde. Während sich das Licht vom entfernten Objekt ausbreitet, wird es um den Galaxienhaufen herum gebogen, was den Astronomen auf der Erde einen Linseneffekt verleiht, der es ihnen ermöglicht, a) die Verteilung der Materie im Linsenhaufen zu untersuchen, aber auch das weiter entfernte Objekt ein wenig zu beobachten noch einfacher. Toth schlägt vor, dass eine Mehrfachgravitationslinse genau wie ein herkömmliches Teleskop, das mehrere Linsen verwendet, eine noch stärkere Verstärkung bieten könnte als ein einzelnes System.
Toth erforscht Kombinationen mehrerer Gravitationslinsen mit verschiedenen Methoden, konzentriert sich aber (leider) auf ein Zwei-Linsen-System (sog. Gravitationslinsenbrücke), das entlang der Mittelachse des Systems ausgerichtet ist, fand aber keine Vorteile und nein zusätzliche Signalverstärkung gegenüber den Ergebnissen eines Einzellinsensystems. Darüber hinaus wurden Photonenkartierungstechniken mit dem gleichen Ergebnis angewendet; Ein Doppellinsensystem bietet gegenüber einem Einlinsensystem keinen Vorteil.
Die Anwendung der Wellentheorie des Lichts auf dasselbe Zweilinsensystem ergab die gleichen Ergebnisse, aber die Verwendung von Computergrafiken zur Strahlverfolgung (die nicht zur Schätzung der Verstärkung verwendet werden kann) kann dabei helfen, visuelle Merkmale hervorzuheben, die andere Techniken nicht erzeugen könnten. Mit diesem Ansatz wurde vorgeschlagen, dass ein Zwei-Linsen-System zwei konzentrische Einstein-Ringe erzeugen würde; Allerdings wären sie in realen Szenarien nur sehr schwer zu erkennen.
Zusammenfassend also ein faszinierendes Konzept, insbesondere die Möglichkeit, eine Linsenbrücke für die Kommunikation mit entfernten Zivilisationen zu nutzen, aber die Ergebnisse sind alles andere als vielversprechend. Ja, es kann durchaus doppelte Gravitationslinsen geben, aber wie dieser Artikel zeigt, ist es unwahrscheinlich, dass wir sie vorerst entdecken können, und leider vermute ich, dass die Idee, sie als kosmisches Ferntelefon zu verwenden, vorerst Science-Fiction bleiben wird .
Mehr Informationen:
Viktor T. Toth, Nichtkoplanare Gravitationslinsen und die „Kommunikationsbrücke“, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.15957