Was ist Gravitationslinseneffekt?

Gravitationslinseneffekt ist der Effekt, den große Mengen an Schwerkraft auf den Weg des Lichts haben. Hier ist ein Beispiel für den Effekt:

Die Animation zeigt ein schwarzes Loch, das vor einer Galaxie vorbeizieht (simuliert). Theoretisch wäre jedes Objekt mit einer Oberflächenmassendichte größer als die kritische Oberflächenmassendichte in der Lage, ähnliche derartige Effekte zu erzeugen.

Was passiert ist, dass Licht in einer geraden Linie entlang des Raumzeitgewebes geht. Wenn sich ein sehr massives Objekt im Stoff befindet, biegt es den Stoff – da das Licht einer geraden Linie auf dem Stoff folgt , wird die Linie ebenfalls gebogen. Dies bedeutet, dass das Licht in einer nicht geraden Linie verläuft, und somit ein Linseneffekt.

Gravitationslinseneffekt ist die Lichtbeugung durch massive Objekte zwischen dem Beobachter (uns) und einer Hintergrundlichtquelle. Es ist eine direkte Vorhersage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und wurde von Sir Aurther Eddington während der berühmten Sonnenexlipse vom 29. Mai 1919 getestet und bestätigt , wo die scheinbare Position eines Sterns sehr nahe an der Sonne an einem anderen Ort beobachtet wurde - Die genaue Position wurde von GR erfolgreich vorhergesagt.

Es gibt viele Situationen, die zu Gravitationslinseneffekten führen können. Diese Regime sind:

Starke Linse

Starker Linseneffekt ist die visuell beeindruckendste Form des Gravitationslinseneffekts und erfordert, wie der Name schon sagt, ein extrem massives Objekt und eine gute Ausrichtung zwischen Linse und Quelle. Galaxienhaufen sind die häufigste Ursache für starken Gravitationslinseneffekt. Teilbögen, Vollbögen ( Einsteinringe ) und Mehrfachbilder sind allesamt starke Gravitationslinsenmerkmale, die man beobachten kann. Einige der am häufigsten untersuchten Objekte, die starke Gravitationslinsenmerkmale erzeugen, sind die Abell-Haufen , von denen der berühmteste Abell 1689 ist (Bild unten).

Starke Linsenmerkmale wie Bögen und Ringe sind typischerweise auf ausgedehnte Objekte zurückzuführen (wie Hintergrundgalaxien, die nicht Teil des Clusters selbst sind), und Mehrbild- (meistens Quad-Image-Systeme) sind typischerweise Objekte wie Hintergrundquasare.

Schwache Linse

Schwacher Gravitationslinseneffekt tritt viel häufiger auf als starker Linseneffekt. Linsen können Cluster (in ihren äußeren Regionen), einzelne Galaxien oder sogar großräumige Strukturen im Universum sein. Eine schwache Linsenwirkung ist kein wahrnehmbarer Effekt für das Auge, sondern muss statistisch erfolgen. Elliptizitäten eines Feldes von Hintergrundgalaxien werden auf einem Gitter beobachtet und statistisch gemittelt, um das schwache Lensing-Signal zu erzeugen. Formverzerrungen dieser Hintergrundgalaxien aufgrund von Linseneffekten sind auf der Prozentskala. Eine wichtige Annahme wird jedoch gemacht, und zwar, dass die Isophoten (Linien konstanten Lichts) von Galaxien elliptisch sind und ihre Ausrichtung völlig zufällig ist. Damit jedes NetzDie erzeugte tangentiale Scherung ist auf Gravitationslinsen zurückzuführen. Im Bild unten (von oben links nach unten rechts) zeigt der obere linke Rahmen ein nicht gelinsetes Feld kreisförmiger Galaxien und unmittelbar rechts davon den Effekt des Linseneffekts. Das Bild unten rechts hat zusätzliches Formrauschen (ein „realistisches“ Feld von Hintergrundgalaxien) und rechts davon ist zu sehen, wie das Feld linsen würde.

Schließlich können Formverzerrungseffekte höherer Ordnung, insbesondere Flexion , dazu führen, dass die ausgedehnten Galaxienquellen nicht nur scheren, sondern sich auch biegen. Das ist derzeit schwer zu messen.

Mikrolinsen

Microlensing ist ein Lensing-Regime, das im Maßstab der Milchstraße am häufigsten vorkommt. Dies kann auftreten, wenn Hintergrundsterne hinter Vordergrundsternen vorbeiziehen. Mikrolinsen sind eigentlich stark genug, um mehrere Bilder des Hintergrundsterns zu erzeugen, aber da die Bildtrennungen so klein sind (Mikrobogensekunden-Skala - daher der Name), was wir beobachten (da eine Winkelauflösung von einer Mikrobogensekunde schwer zu erreichen ist). ) ist eine Änderung des Flusses, wenn sich das Objekt in und aus der Ausrichtung mit dem massiven Zwischenobjekt bewegt. Interessanterweise hat sich Mikrolinsen tatsächlich als nützlich erwiesen, um Planeten um stellare Linsensysteme herum zu entdecken.

Laut diesem NASA-Tutorial ist Gravitationslinseneffekt, wenn das von einem entfernten Objekt emittierte Licht durch das Gravitationsfeld eines großen Objekts, wie z. B. einer Galaxie, das sich zwischen uns und dem entfernten Objekt befindet, gebogen wird.

Ein Diagramm, das diesen Effekt zusammenfasst, ist unten:

Quelle: "Entdeckung einer ungewöhnlichen Gravitationslinse" (Courbin et al.)

Aus unserer Perspektive zieht ein Stern an einem anderen vorbei. Anstatt das Licht des fernen Sterns nur zu blockieren, wird das Licht des fernen Sterns, das zuvor auf die eine Seite, die andere Seite, oben, unten, – tatsächlich rund um den anderen Stern – gelenkt wurde, jetzt durch den Einfluss der Schwerkraft gebogen vom nahen Stern auf die Photonen. Infolgedessen kommen mehr Photonen auf uns zu als zuvor.

Welche Objekte würden diesen Effekt verursachen? Ein massives Objekt, das vor einem Stern vorbeizieht.