600 Millionen Lichtjahre! Wissenschaftler haben den nächstgelegenen Einsteinring entdeckt. Welche Geheimnisse verbergen sich dahinter?

Einstein-Ring

Ich habe vor kurzem die Nachricht gesehen, dass „Wissenschaftler den nächstgelegenen Einsteinring entdeckt haben“. Was ist ein „Einstein-Ring“? Was nützt es, es herauszufinden?

Einfach ausgedrückt sind Einsteinringe ein besonderes astronomisches Phänomen. Kurz nachdem Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vorgeschlagen hatte, sagte er voraus, dass, wenn sich zwischen der Erde und einem anderen leuchtenden Himmelskörper (beispielsweise einer weiter entfernten Galaxie) ein massereicher Himmelskörper (beispielsweise eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen) befindet und die drei nahezu genau auf einer Linie liegen, das Gravitationsfeld des massereichen Körpers eine Krümmung des von der entfernten Lichtquelle ausgestrahlten Lichts bewirkt. Dieser Effekt wird als „Gravitationslinseneffekt“ bezeichnet.

Je nach Ausmaß und Wirkung können Gravitationslinsen in Mikrolinsen, schwache Gravitationslinsen und starke Gravitationslinsen unterteilt werden. Mikrolinseneffekte werden im Allgemeinen durch Himmelskörper der Sternenklasse verursacht. Die Lichtablenkung ist sehr schwach. Unter normalen Umständen kann das von der Linse erzeugte Bild nicht direkt beobachtet werden. Es ist lediglich eine kurzzeitige Helligkeitszunahme des Himmelskörpers erkennbar. Schwache Gravitationslinseneffekte sind deutlicher zu erkennen, da sie einen größeren Maßstab aufweisen und normalerweise durch eine ganze Galaxie verursacht werden. Das offensichtlichste ist die starke Gravitationslinse, deren Vordergrundobjekt normalerweise ein riesiger Galaxienhaufen (oder zumindest eine große elliptische Galaxie) ist. Diese Objekte sind massiv genug, um das vorbeiziehende Licht stark zu verzerren und können sogar mehrere Bilder von Hintergrundlichtquellen erzeugen.

Das berühmte „Einstein-Kreuz“ beispielsweise besteht aus den vier Bildern der Hintergrundlichtquelle, die oben, unten, links und rechts um das Himmelsobjekt im Vordergrund herum erzeugt werden. Zusammengefügt sehen sie wie ein „Kreuz“ aus, daher der Name „Einstein-Kreuz“. Wenn die Massenverteilung des Vordergrundobjekts relativ gleichmäßig und hochsymmetrisch ist und die Hintergrundlichtquelle relativ groß ist (kein kleiner Lichtfleck, sondern ein größerer Lichtfleck), kann die starke Gravitationslinse sogar dazu führen, dass sich die Hintergrundlichtquelle direkt von einem Lichtfleck in einen Ring verwandelt, den „Einstein-Ring“.

Obwohl diese Phänomene bereits vor Hunderten von Jahren vorhergesagt wurden, war es den Menschen damals aufgrund technologischer Einschränkungen nicht möglich, sie durch Beobachtung zu verifizieren. Erst später, mit der Entwicklung der Radioastronomie, entdeckten Astronomen 1988 mit dem Very Large Array (VLA) den ersten Einsteinring (MG1131+0456). Da die Entdeckung jedoch über Funk erfolgte, konnte die Echtheit damals noch nicht vollständig bestätigt werden. Später entdeckte man mit der Weiterentwicklung optischer Teleskope schließlich Einsteinringe im optischen Band. Beispielsweise gilt B1938+666, das 1998 vom Hubble-Teleskop entdeckt wurde, als die erste eindeutige Entdeckung eines Einstein-Rings. Mithilfe des Hubble-Teleskops entdeckten Astronomen später mehrere weitere Einsteinringe.

Heutzutage verfügen wir tatsächlich über Teleskope, die Gravitationslinsen besser erkennen können, wie etwa das Euclid-Teleskop, das erst 2023 gestartet wurde. Erst kürzlich entdeckten Astronomen in den Daten von Euclid zufällig einen besonderen Einstein-Ring. Das Besondere daran ist, dass die zuvor entdeckten Ringe alle über Milliarden Lichtjahre entfernt sind, dieser neu entdeckte Ring jedoch nur 600 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist (z=0,042) und uns damit bisher am nächsten ist.

Hinweis: Die Entfernung von „600 Millionen Lichtjahren“ bezieht sich tatsächlich auf die Entfernung des Vordergrundobjekts (also die Entfernung von der elliptischen Galaxie NGC 6505 zu uns), und das reale Objekt im verzerrten Bild ist tatsächlich eine weiter entfernte Galaxie hinter der elliptischen Galaxie, 4,42 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt (z=0,406). Man kann erkennen, dass wir die Galaxie dahinter möglicherweise nie entdecken würden, wenn es die „Lupe“ (NGC 6505) davor nicht gäbe. Dies ist auch eine der Anwendungen von Einstein-Ringen und Gravitationslinsen in der Astronomie – sie können sehr weit entfernte Himmelskörper vergrößern und uns so ermöglichen, mehr Details zu sehen und zu erkennen, was für uns von entscheidender Bedeutung ist, um die Entstehung von Sternen im frühen Universum und die Entwicklung von Galaxien zu untersuchen.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Linvo spricht über das Universum

Gutachter: Gou Lijun, Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.