Einstein-Ring-Gravitationslinse: SDSS J163028.15 + 452036.2. Bildnachweis: Hubble. klicken um zu vergrößern
Als Albert Einstein vor fast einem Jahrhundert seine allgemeine Relativitätstheorie entwickelte, schlug er vor, dass das Gravitationsfeld massereicher Objekte den Raum dramatisch verzerren und Licht ablenken könnte.
Die durch diesen Effekt erzeugte optische Täuschung wird als Gravitationslinse bezeichnet. Es ist das Äquivalent der Natur zu einer riesigen Vergrößerungslinse im Raum, die das Licht entfernterer Objekte verzerrt und verstärkt. Einstein beschrieb die Gravitationslinse in einem 1936 veröffentlichten Artikel. Er hielt den Effekt jedoch für nicht beobachtbar, da die optischen Verzerrungen, die durch den Verzerrungsraum der Vordergrundsterne erzeugt werden, zu gering wären, um jemals von den größten Teleskopen seiner Zeit gemessen werden zu können.
Jetzt, fast ein Jahrhundert später, haben Astronomen zwei leistungsstarke astronomische Assets, das Sloan Digital Sky Survey (SDSS) und das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, kombiniert, um 19 neue Galaxien mit Gravitationslinsen zu identifizieren, die die bisher bekannten rund 100 Gravitationslinsen erheblich erweitern. Unter diesen 19 haben sie acht neue sogenannte „Einsteinringe“ gefunden, die vielleicht die eleganteste Manifestation des Linsenphänomens sind. Bisher waren nur drei solcher Ringe im sichtbaren Licht zu sehen.
Bei der Gravitationslinse kann Licht von entfernten Galaxien auf dem Weg zur Erde durch das Gravitationsfeld eines massiven Objekts abgelenkt werden, das im Weg liegt. Aus diesem Grund sehen wir die Galaxie in einen Bogen oder mehrere separate Bilder verzerrt. Wenn beide Galaxien genau ausgerichtet sind, bildet das Licht ein Bullauge-Muster, das als Einstein-Ring bezeichnet wird, um die Vordergrundgalaxie.
Die neu entdeckten Objektive stammen aus einem laufenden Projekt namens Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Adam Bolton vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts, und Leon Koopmans vom Kapteyn Astronomical Institute in den Niederlanden wählte die Kandidatenlinsen aus mehreren hunderttausend optischen Spektren elliptischer Galaxien aus die Sloan Digital Sky Survey. Anschließend bestätigten sie die scharfen Augen von Hubbles Advanced Camera for Surveys.
"Der enorme Umfang des SDSS hat zusammen mit der Abbildungsqualität des Hubble-Teleskops diese beispiellose Gelegenheit für die Entdeckung neuer Gravitationslinsen eröffnet", erklärte Bolton. "Es ist uns gelungen, eine von 1.000 Galaxien zu identifizieren, die diese Anzeichen einer Gravitationslinse einer anderen Galaxie aufweisen."
Das SLACS-Team scannte die Spektren von ungefähr 200.000 Galaxien in 2 bis 4 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Das Team suchte nach eindeutigen Hinweisen auf Emissionen von Galaxien, die doppelt so weit von der Erde entfernt und direkt hinter den näheren Galaxien liegen. Anschließend verwendeten sie Hubbles Advanced Camera for Surveys, um Bilder von 28 dieser möglichen Linsengalaxien aufzunehmen. Durch die Untersuchung der von 19 dieser Kandidaten erzeugten Bögen und Ringe können die Astronomen die Masse der Vordergrundgalaxien genau messen.
Gravitationslinsen erzeugen nicht nur seltsame Formen, sondern bieten Astronomen auch die direkteste Sonde für die Verteilung dunkler Materie in elliptischen Galaxien. Dunkle Materie ist eine unsichtbare und exotische Form von Materie, die noch nicht direkt beobachtet wurde. Astronomen schließen auf seine Existenz, indem sie seinen Gravitationseinfluss messen. Dunkle Materie ist in Galaxien allgegenwärtig und macht den größten Teil der Gesamtmasse des Universums aus. Durch die Suche nach dunkler Materie in Galaxien hoffen Astronomen, einen Einblick in die Galaxienbildung zu erhalten, die im frühen Universum um klumpige Konzentrationen dunkler Materie herum begonnen haben muss.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese elliptischen Linsengalaxien im Durchschnitt dieselbe spezielle Massendichtestruktur aufweisen wie Spiralgalaxien", fuhr Bolton fort. „Dies entspricht einer Zunahme des Anteils dunkler Materie im Verhältnis zu Sternen, wenn man sich vom Zentrum der Linsengalaxie weg und in ihren schwächeren Rand bewegt. Und da diese Linsengelaxien relativ hell sind, können wir dieses Ergebnis durch weitere bodengestützte spektroskopische Beobachtungen der Sternbewegungen in den Linsen festigen. “
„Wenn wir diese und andere Gravitationslinsen bereits seit mehreren Milliarden Jahren untersuchen können, können wir direkt feststellen, ob sich die Verteilung der dunklen [unsichtbaren] und sichtbaren Masse mit der kosmischen Zeit ändert“, fügte Dr. Koopmans hinzu. "Mit diesen Informationen können wir die weit verbreitete Idee testen, dass sich Galaxien aus Kollisionen und Fusionen kleinerer Galaxien bilden."
Die Sloan Digital Sky Survey, aus der die SLACS-Objektivkandidaten-Stichprobe ausgewählt wurde, wurde 1998 mit einem speziell angefertigten bodengestützten Teleskop gestartet, um die Farben und Helligkeiten von mehr als 100 Millionen Objekten über ein Viertel des Himmels und der Karte zu messen die Entfernungen zu einer Million Galaxien und Quasaren. "Diese Art der Gravitationslinsenvermessung war kein ursprüngliches Ziel des SDSS, sondern wurde durch die hervorragende Qualität der SDSS-Daten ermöglicht", sagte Scott Burles vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts, ein SLACS-Teammitglied und einer der Schöpfer des SDSS.
"Ein zusätzlicher Vorteil der Größe der SDSS-Datenbank besteht darin, dass wir unsere Suchkriterien so gestalten können, dass die Objektive gefunden werden, die für bestimmte wissenschaftliche Ziele am besten geeignet sind", sagte SLACS-Teammitglied Tommaso Treu von der University of California in Santa Barbara . „Während wir bisher die größten Galaxien als Ziele ausgewählt haben, zielen wir in den nächsten Phasen der Umfrage auf kleinere Linsengalaxien. Es gab Hinweise darauf, dass sich die Struktur von Galaxien mit der Galaxiengröße ändert. Indem wir diese seltenen Objekte "on demand" identifizieren, können wir bald zum ersten Mal testen, ob dies der Fall ist. "
Das SLACS-Teammitglied Leonidas Moustakas vom NASA Jet Propulsion Laboratory und dem California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, fügte hinzu: „Diese Einsteinringe bieten auch eine unvergleichliche vergrößerte Ansicht der Linsengalaxien, mit der wir die Sterne und die Entstehungsgeschichte von untersuchen können diese fernen Galaxien. "
Die SLACS-Umfrage wird fortgesetzt, und bisher hat das Team Hubble verwendet, um fast 50 seiner Kandidaten-Linsengalaxien zu untersuchen. Die Gesamtzahl wird voraussichtlich mehr als 100 betragen, darunter viele weitere neue Objektive. Die ersten Ergebnisse der Umfrage werden in der Februar-Ausgabe 2006 des Astrophysical Journal und in zwei weiteren Artikeln veröffentlicht, die diesem Journal vorgelegt wurden.
Originalquelle: Hubblesite-Pressemitteilung
