Im November 1915 veröffentlichte Albert Einstein seine berühmte Relativitätstheorie, die die Physik revolutionierte und unsere Sicht auf das Universum veränderte.
Eine Schlüsselkomponente der allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass ein massereiches Objekt wie Planeten, Sterne, Galaxien oder Galaxienhaufen dramatische Konsequenzen für das „Gefüge“ des Universums haben kann, das als „Raum-Zeit“ bekannt ist. Unter normalen Bedingungen bewegt sich das Licht in gerader Linie durch den Raum, aber ein massives Objekt biegt die Raum-Zeit-Beziehung so, dass das Licht auf einem gekrümmten Pfad wandert. Auf diese Weise können wir möglicherweise das verzerrte Licht ferner Galaxien sehen, das auf dem Weg zur Erde durch massive Galaxien hindurchgeht.
Und natürlich gibt es viele Beispiele, die durch diese Mechanismen verursacht werden, die als "Gravitationslinse" bekannt sind. Mit diesen Artefakten können die Fähigkeiten der leistungsstärksten Teleskope gesteigert werden.
Auf diesem Bild, das vom Hubble-Weltraumteleskop und dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA aufgenommen wurde, sieht uns die Cheshire-Katze an. Tatsächlich befindet sich dieser Galaxienhaufen in einer Entfernung von 4 Milliarden Lichtjahren von der Erde in der Konstellation Ursa Major. Ein Teil des Lichts dieser Galaxien wurde auf seinem Weg durch das Universum deformiert und gebogen, bis es unsere Teleskope erreichte.
Dieses Diagramm gibt eine gute Vorstellung davon, wie eine Gravitationslinse funktioniert. Licht, das von einer fernen Galaxie ausgeht, geht durch den Weltraum und umgibt im Vordergrund eine Ansammlung von Galaxien. Interessanterweise wirkt sich die Masse der Galaxienhaufen im Vordergrund auf dieses Fernlicht ähnlich aus wie eine Glaslinse vor einer Kerzenflamme. Mit der Gravitationslinse können Sie das Licht entfernter Galaxien verstärken und so eine natürliche Linse im Weltraum erzeugen, die sonst zu dunkel geblieben wäre, um gesehen zu werden.
Natürlich ist die Ausrichtung der Erde, einer Gravitationslinse und einer entfernten Galaxie nicht immer perfekt. Außerdem hat das Objekt auf der Vorderseite der Planeten in der Regel eine unregelmäßige Form. Diese Faktoren lassen entfernte Galaxien wie Bögen aussehen. Dieselbe Galaxie mit unterschiedlichen Gravitationslinsen kann unterschiedlich gestaltet sein.
Dieses vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommene Bild zeigt einen Galaxienhaufen Abell 370, in dem Sie mehrere sichtbare Bögen galaktischen Lichts sehen können. Um klare Dimensionen zu definieren, können diese Bögen oft rekonstruiert werden, um zu zeigen, wie die Galaxie ohne Verzerrung aussieht.
Dies ist ein weiterer massiver Galaxienhaufen von Abell 2218, der mit einigen erstaunlichen Beispielen für Galaxien mit Gravitationslinsen gefüllt ist. Diese Bögen sind Licht von Galaxien, die 5 bis 10 Mal weiter von der Erde entfernt sind als ein Galaxienhaufen. Abell 2218 verstärkt das schwache Licht von Galaxien, die vor mehr als 13 Milliarden Jahren, weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, existierten. Diese Bögen sind wirklich Artefakte des Anfangs der Zeit.
Wenn die Ausrichtung perfekt ist und das Linsenobjekt weniger komplex als ein Galaxienhaufen ist, können Sie fast perfekte Lichtkreise oder Hufeisen sehen, in denen sich das Licht einer entfernten Galaxie um 360 Grad um das Linsenobjekt herum verformt. Zum Beispiel könnte der Durchgang eines isolierten massiven Schwarzen Lochs vor einer fernen Galaxie eine solch dramatische Szene erzeugen.
Wie man in diesem beeindruckenden Bild sieht, das mit dem Atakam Large Millimeter / Submillimeter-Gitter (abgekürzt: ALMA. Eng.: Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array) erhalten wurde, bildete das Licht einer entfernten Galaxie einen vollen Kreis, der treffend als "Einsteinring" bezeichnet wurde Eine alte sternbildende Galaxie mit dem Namen SDP.81 ist heute das beste Beispiel für Einsteins Ring.
Manchmal können mehrere Bilder desselben Objekts um Gravitationslinsen gesehen werden. Eine uralte Supernova kann in diesem erstaunlichen Bild beobachtet werden, das durch eine massive Galaxie im 5 Milliarden Lichtjahre entfernten Cluster MACS J1149.6 + 2223 um ein Vielfaches vergrößert wurde. Die Supernova selbst befindet sich in einer Entfernung von weiteren 4000000000 Lichtjahren und wurde viermal um das Linsenobjekt gebrochen. Eine solche Struktur ist als „Einsteinkreuz“ bekannt.
