Was ist der Effekt, der als Gravitationslinseneffekt bekannt ist? Wie funktioniert es? Welche Objekte könnten diesen Effekt verursachen?
Antworten:
Gravitationslinsen sind das Biegen von Licht durch massive Objekte zwischen dem Betrachter (uns) und einer Hintergrundlichtquelle. Es ist eine direkte Vorhersage von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie und wurde von Sir Aurther Eddington während der berühmten Sonnenexlipse vom 29. Mai 1919 getestet und bestätigt , als die scheinbare Position eines Sterns sehr nah an der Sonne an einem anderen Ort beobachtet wurde - Die genaue Position wurde von GR erfolgreich vorhergesagt.
Es gibt viele Situationen, die zu einer Gravitationslinse führen können. Diese Regime sind:
Starkes Lensing
Starke Linsen sind die visuell beeindruckendste Form der Gravitationslinse und erfordern, wie der Name schon sagt, ein extrem massives Objekt und eine gute Ausrichtung zwischen der Linse und der Quelle. Galaxienhaufen sind die häufigste Ursache für starke Gravitationslinsen. Teilbögen, Vollbögen ( Einsteinringe ) und Mehrfachbilder sind alles starke Gravitationslinsenmerkmale, die man beobachten kann. Einige der am häufigsten untersuchten Objekte, die starke Gravitationslinsen erzeugen, sind die Abell-Cluster , von denen das bekannteste Abell 1689 ist (Bild unten).
Starke Linsenmerkmale wie Bögen und Ringe sind in der Regel auf erweiterte Objekte zurückzuführen (wie Hintergrundgalaxien, die nicht Teil des Clusters selbst sind), und Mehrfachbilder (meist Quad-Image-Systeme) sind in der Regel Objekte wie Hintergrundquasare.
Schwache Linsenwirkung
Schwache Gravitationslinsen treten viel häufiger auf als starke Linsen. Linsen können Cluster (in ihren äußeren Regionen), einzelne Galaxien oder sogar großräumige Strukturen im Universum sein. Eine schwache Linsenwirkung ist für das Auge nicht erkennbar, sondern muss statistisch erfasst werden. Elliptizitäten eines Feldes von Hintergrundgalaxien werden auf einem Gitter beobachtet und statistisch gemittelt, um das schwache Linsensignal zu erzeugen. Formverzerrungen dieser Hintergrundgalaxien aufgrund von Linsenbildung liegen auf der prozentualen Skala. Eine wichtige Annahme ist jedoch, dass die Isophoten der Galaxien (Linien konstanten Lichts) elliptisch sind und ihre Ausrichtung völlig zufällig ist. Damit jedes NetzDie erzeugte tangentiale Scherung beruht auf der Gravitationslinse. Im Bild unten (von links oben nach rechts unten) zeigt der linke obere Rahmen ein nicht linsenförmiges Feld kreisförmiger Galaxien und rechts unmittelbar daneben den Effekt der Linsenbildung. Das Bild unten rechts hat Formrauschen hinzugefügt (ein "realistisches" Feld von Hintergrundgalaxien), und rechts davon ist dargestellt, wie das Feld linsenförmig wirken würde.
Schließlich können Formverzerrungseffekte höherer Ordnung, insbesondere die Flexion , dazu führen, dass die ausgedehnten Galaxienquellen nicht nur scheren, sondern auch biegen. Dies ist derzeit schwer zu messen.
Mikrolinse
Mikrolinsen sind Linsen, die in der Milchstraße am weitesten verbreitet sind. Dies kann auftreten, wenn Hintergrundsterne hinter Vordergrundsternen vorbeiziehen. Die Mikrolinse ist tatsächlich stark genug, um mehrere Bilder des Hintergrundsterns zu erzeugen, aber da die Bildtrennungen so klein sind (Mikrobogensekunden-Skala - daher der Name), ist es schwierig, eine Winkelauflösung von Mikrobogensekunden zu erreichen ) ist eine Änderung des Flusses, wenn sich das Objekt in und aus der Ausrichtung mit dem massiven Zwischenobjekt bewegt. Interessanterweise hat sich die Mikrolinse tatsächlich als nützlich erwiesen, um Planeten um Sternlinsensysteme herum zu erfassen.
Gravitationslinsen sind der Effekt, den große Mengen der Schwerkraft auf den Lichtweg haben. Hier ist ein Beispiel für den Effekt:
Die Animation zeigt ein Schwarzes Loch vor einer Galaxie (simuliert). Theoretisch wäre jedes Objekt mit einer Oberflächenmassendichte größer als die kritische Oberflächenmassendichte in der Lage, ähnliche Effekte zu erzielen.
Was passiert ist, dass Licht in einer geraden Linie entlang des Raumzeitgewebes geht. Befindet sich ein sehr massiver Gegenstand im Stoff, wird der Stoff gebogen. Da das Licht auf dem Stoff einer geraden Linie folgt , wird auch die Linie gebogen. Dies bedeutet, dass das Licht in einer nicht geraden Linie verläuft und somit einen Linseneffekt hat.
Nach diesem NASA-Tutorial wird das von einem entfernten Objekt emittierte Licht durch das Gravitationsfeld eines großen Objekts wie einer Galaxie, das sich zwischen uns und dem entfernten Objekt befindet, gebogen.
Ein Diagramm, das diesen Effekt zusammenfasst, ist unten:
Quelle: "Entdeckung einer ungewöhnlichen Gravitationslinse" (Courbin et al.)
Aus unserer Sicht geht ein Stern vor einem anderen vorbei. Anstatt nur das Licht des fernen Sterns zu blockieren, wird das Licht des fernen Sterns, das zuvor auf die eine Seite gerichtet war, auf die andere Seite, darüber und darunter - tatsächlich um den anderen Stern herum - jetzt durch den Einfluss der Schwerkraft gebogen vom nahen Stern auf den Photonen. Infolgedessen bewegen sich mehr Photonen in unsere Richtung als zuvor.
Welche Objekte würden diesen Effekt verursachen? Ein massiver Gegenstand, der vor einem Stern vorbeizieht.