ESO News

Astronomen der ESO gelang mit dem 3,6m Teleskop auf La Silla die Entdeckung einer komplexen Struktur, die durch Gravitationslinsen erzeugt wird. Das besondere an dieser "Fata Morgana" ist ihre ungewöhnliche Nähe.

Gravitationslinsen

Das physikalische Prinzip der Gravitationslinse ist eine direkte Folgerung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das Gravitationsfeld eines massiven Objekts verzerrt die Geometrie des Raumes so, dass Lichtstrahlen, die von einem Körper hinter dem Objekt ausgehen, auf gekrümmten Bahnen laufen. Diese massiven Objekte beugen also das Licht, ähnlich wie eine Linse, daher wird dieses Objekt auch Gravitationslinse genannt.

Die Lichtablenkung durch massive Objekte konnte schon 1919 während einer totalen Sonnenfinsternis an Hintergrundsternen gemessen werden - ein wichtige Stütze für die noch junge Allgemeine Relativitätstheorie. In den dreißiger Jahren wies Fritz Zwicky vom Mount Wilson Observatorium in Kalifornien darauf hin, dass Galaxienhaufen massiv genug sein könnten, um das Licht weit dahinterliegender Objekte wie eine Linse zu bündeln und so diese Objekte für uns sichtbar werden. Eine solche Gravitationslinse hat zwar Einstein selbst aus seiner Theorie postuliert, hielt sie aber in der Natur nicht für realisiert. Er konnte sich solche gewaltigen Massenansammlungen schlichtweg nicht vorstellen. Schließlich dauerte es bis 1979, Einstein war schon seit 24 Jahren tot, bis die erste Gravitationslinse gefunden wurde: Das helle Licht eines weit entfernten Quasar erschien durch die Beugung an der Gravitationslinse doppelt.

Wie im Falle der Entdeckung von 1979, verraten sich Gravitationslinsen durch symmetrische Mehrfachbilder eines hinter der Beugung verursachenden Masse liegenden Quasars. Die Anzahl dieser Bilder hängt von der relativen Lage des Quasars, der Gravitationslinse und dem Beobachter ab. Unter perfekten Bedingungen, das heißt, wenn Quasar und Gravitationslinse genau in einer Linie liegen, verwischen die Mehrfachbilder zu einem Ring, dem sogenannten "Einstein-Ring". Diese Ringe sind naturgemäß sehr selten zu beobachten.

Die Entdeckung der ESO Astronomen

Die neue Gravitationslinse wurde mit dem 3,6m Teleskop der ESO auf La Silla in Chile entdeckt. Ihre Katalogbezeichnung: RXS J1131-1231. Der Nachweis gelang bei der Durchsicht von Quasar-Aufnahmen, die mit dem 3,6m Teleskop gemacht wurden. Bild A zeigt die Aufnahme. Im linken Teil ist die ursprüngliche Aufnahme zu sehen, das rechte Bild ist das Ergebnis einer speziellen Bildbearbeitung. Hier sehen wir vier Bilder des Quasars, einen nicht ganz geschlossenen Einstein-Ring, sowie, in der Mitte, die als Gravitationslinse wirkende Galaxie.

Um die nun klar definierte Struktur genauer zu untersuchen, begaben sich die Astronomen von La Silla einfach ein paar Meter weiter zum 3,5m New Technology Telescope der ESO. Hier konnte von jeder einzelnen Komponente aus Bild A eine Spektrum aufgenommen werden. Erst das Spektrum verrät die wahre Natur des jeweiligen Objekts. Bild B zeigt drei Spektren verschiedener Komponenten aus Bild A. Die oberen beiden Linien gehören zu zwei der Lichtpunkte, sie weisen die für Quasare typischen Emissionslinien auf und sind sich sehr ähnlich. Die untere Linie gehört zu der als Gravitationslinse wirkenden elliptischen Galaxie. Aus den Rotverschiebungen konnten die Astronomen feststellen, dass der Quasar 6,3 Milliarden Lichtjahre (z = 0,66) entfernt ist. Die Gravitationslinse befindet sich ungefähr auf halber Distanz bei 3,5 Milliarden Lichtjahre (z = 0,3). Trotz der immensen Entfernungen ist diese Struktur die nächste ihrer Art. Es ist kein nähergelegener Quasar bekannt, der durch eine Gravitationslinse beobachtet werden kann. Dies macht das Objekt RXS J1131-1231 für die weitere Untersuchung so interessant.

So kann beispielsweise gezeigt werden, dass der in Bild A zu sehende Einstein-Ring ein Bild der Galaxie ist, die den Quasar umgibt.

Die gut untersuchte Geometrie des ganzen Systems ermöglicht es den Astronomen, theoretische Vorraussagen über die zu erwartenden relativen Helligkeiten der Objekte anzustellen. Ein Vergleich mit den tatsächlichen Messungen zeigt, dass einer der drei Hellen Quasarbilder in Bild A um den Faktor 2,5 heller ist, als die Theorie vorhersagt.

Das Astronomenteam vermutet als Ursache eine "Mikrolinse". Darunter verstehen sie eine Struktur innerhalb der Gravitationslinse, die selbst wiederum als Gravitationslinse wirkt. Also sozusagen eine Linse in der Linse. Solch eine Struktur könnte ein einzelner Stern oder ein Sternhaufen innerhalb der beugenden Galaxie sein. Die Winkelauflösung im Bild A ist zu gering, um das Bild dieser Mikrolinse aufzulösen, wir erkennen nur einen Punkt, der heller ist, als die Theorie ohne Mikrolinse vorhersagt.

Ob diese Hypothese stimmt, werden weitere Untersuchungen zeigen, die dann, aufgrund des erforderlichen Auflösungsvermögen, mit den richtig großen Teleskopen durchgeführt werden sollen: Dem Very Large Telescope in Chile und dem Very Large Array in New Mexico.