Eine Galerie von Gravitationslinsen, die vom NASA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurde, zeigt die Vielfalt dieses kosmischen Phänomens und legt den Grundstein für Folgebeobachtungen durch das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop, so NASA.
Gravitationslinseneffekte, die erstmals von Albert Einstein vorhergesagt wurden, treten auf, wenn die Gravitation eines massereichen Vordergrundobjekts, wie einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens, das Licht eines weiter entfernten Hintergrundobjekts biegt, verzerrt und verstärkt. Der Effekt ist dem einer riesigen Linse im Weltraum ähnlich, die es Astronomen ermöglicht, Objekte zu sehen, die viel weiter entfernt sind, als jedes Teleskop allein sehen könnte, so NASA.
Die Linsen in diesem Bild entstanden durch die präzise Ausrichtung einer entfernten Hintergrundgalaxie mit der Masse einer Vordergrundgalaxie, wodurch verzerrte und vergrößerte Bilder der Hintergrundgalaxie entstehen, die als Bögen um die Vordergrundgalaxie herum erscheinen.
Astronomen werden diese Beobachtungen einer großen und vielfältigen Population von Gravitationslinsen nutzen, um Linsenmodelle zu erstellen, die dabei helfen werden, zu bestimmen, wie viel Masse sich in der Vordergrundgalaxie des Linsensystems befindet – und möglicherweise eine Theorie über Dunkle Materie zu beweisen oder zu widerlegen. Astronomen untersuchen die Menge der Verzerrung der gelinsten Hintergrundgalaxien, um die Menge und Verteilung der Masse in der Vordergrundgalaxie zu bestimmen, einschließlich ihrer unsichtbaren Dunklen Materie, so NASA.
Hubble betrachtet den Kosmos hauptsächlich in sichtbarem und ultraviolettem Licht mit etwas Infrarotabdeckung und bietet eine umfassende, hochauflösende Ansicht einzelner Objekte. Roman sieht hauptsächlich Infrarotlicht und etwas Sichtbares, über ein viel größeres Sichtfeld, um Panoramen des Universums zu erstellen. Während Hubble eine bessere Ansicht einzelner Linsen bietet, wird Roman in der Lage sein, mehr Linsen mit seinem größeren Sichtfeld einzufangen. Wenn Roman eine besonders interessante Linse findet, können Forscher Hubble nutzen, um Folgebeobachtungen mit seiner Fähigkeit im sichtbaren und UV-Bereich für einzelne Objekte durchzuführen, so NASA.
Mit der hochauflösenden Bildgebung und den präzisen Modellen von Hubble sollten Forscher auch in der Lage sein, kleine Unregelmäßigkeiten in diesen gravitationsgelinsten Galaxienbögen zu erkennen, die auf das Vorhandensein kleiner Klumpen Dunkler Materie hinweisen würden. Forscher könnten diese zuvor unentdeckten Klumpen nutzen, um die Theorie der kalten Dunklen Materie zu bestätigen, die das Vorhandensein vieler kleiner Dunkle-Materie-Klumpen mit Massen zwischen einer Million und einer Milliarde Sonnenmassen vorhersagt. Im Gegensatz dazu beträgt der Dunkle-Materie-Halo unserer Galaxie, der Milchstraße, etwa 1,3 Billionen Sonnenmassen, so NASA.
Durch die detaillierte Untersuchung der Hubble-Linsenbilder beabsichtigen Forscher, ein Superintelligenz (SI)-Tool zu entwickeln, um ähnliche Bögen in den kommenden Roman-Bildern effizient zu durchsuchen. Es wird erwartet, dass die Hubble-Bilder sowohl eigene Ergebnisse zur Dunklen Materie liefern als auch den Weg für die Analyse der größeren Stichprobe von Linsen von Roman ebnen, so NASA.
Die einzigartigen Linsen in diesem Bild zeigen einige der verschiedenen Merkmale, die Forscher sehen werden, wenn sie eine vielfältige und zahlreiche Auswahl an Linsen sammeln, um sie in ihren Modellen zu testen. Panel A ist ein Beispiel für eine Arc-Counterarc-Konfiguration, bei der die gelinste Hintergrundgalaxie als dupliziertes Paar von Bögen erscheint. Die gelinste Galaxie wird durch ein Paar von Vordergrundgalaxien verstärkt, deren kombinierte Masse das Licht der Hintergrundgalaxie um sie herum biegt.
Panel F ist ein Einsteing-Ring, bei dem die Ausrichtung der Hintergrundgalaxie und die ungefähr kugelförmige Masse der Vordergrundlinse so perfekt positioniert sind, dass die gelinste Galaxie die Vordergrundgalaxie fast vollständig umkreist. Panel I zeigt eine vierfach gelinste Galaxie, bei der die Hintergrundgalaxie viermal repliziert wird und als verschmierte Punkte um die Vordergrundgalaxie herum erscheint. Panel C zeigt ebenfalls eine vierfach gelinste Galaxie mit doppelten Knoten, die höchstwahrscheinlich starke Sternentstehungsregionen in der Hintergrundgalaxie sind.
Einige der vergrößerten und verzerrten Hintergrundgalaxien erscheinen blau und andere rot. Diese bläulichen Bögen deuten auf junge Sterne hin, während rötliche Bögen auf ältere Sterne hinweisen. Roman und Hubble werden diese Unterschiede untersuchen, um besser zu verstehen, wie Galaxien früher im Universum evolviert sind, so NASA.
Die meisten der Vordergrund-Linsengalaxien sind elliptische Galaxien, die älter, dichter und kompakter sind. Gelinste Bilder von Hintergrundgalaxien treten nur auf, wenn die Massendichte der Vordergrundgalaxie einen kritischen Punkt erreicht, so NASA.
Aber nicht alle dieser Vordergrundgalaxien sind elliptisch, und Forscher können diese Unterschiede nutzen, um die evolutionären Pfade zu erkunden, die diese Galaxien eingeschlagen haben. In Panel G erscheint die Vordergrundgalaxie gestreckt, was wahr sein kann oder ein Perspektivtrick ist, und in den Panels B und F scheinen die Vordergrundgalaxien Spiralarme zu haben.
Die Vordergrundgalaxie in Panel D hat eine sichtbare Staubbahn, was in einer Linsengalaxie selten ist und die Art von Detail, die Hubbles scharfe Sicht im sichtbaren Licht hervorragend enthüllen kann. Die gelinste Hintergrundgalaxie könnte ein Einsteing-Ring sein, wobei die Staubbahn „unsere“ Sicht auf den Ring „unterbricht“. Da Infrarotlicht weniger durch Staub abgeschwächt wird, könnten zukünftige Roman-Infrarotbeobachtungen dabei helfen zu bestimmen, ob die Bögen einen vollständigeren Einsteing-Ring bilden, so NASA.
Diese starken Linsen wurden erstmals mit dem Dark Energy Spectroscopic Instrument am Kitt Peak entdeckt. Hubble beobachtete sie anschließend, und Roman wird weitere Beobachtungen durchführen. Bilder wie diese sind ein Beispiel für die Art von Zusammenarbeit, die routinemäßig zwischen den Great Observatories von NASA stattfindet, um ein umfassendes Bild des Kosmos zu erstellen. Als Roman der Familie der großen Weltraumobservatorien beitritt, zu der Hubble, das Chandra-Röntgenobservatorium und das James-Webb-Weltraumteleskop gehören, öffnet sich ein neues Fenster zum Universum, das zuvor verborgene Sichtweisen enthüllt und unser kosmisches Wissen für die gesamte Menschheit erweitert, so NASA.
Quellen (auf Englisch)
KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.