In Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmen Materie und Energie die Raumzeit.
Ein animierter Blick darauf, wie die Raumzeit reagiert, wenn sich eine Masse durch sie bewegt, zeigt deutlich, dass es sich qualitativ nicht nur um eine Stoffbahn handelt. Stattdessen wird der gesamte 3D-Raum selbst durch die Anwesenheit und Eigenschaften der Materie und Energie im Universum gekrümmt. Mehrere Massen, die einander umkreisen, verursachen die Emission von Gravitationswellen, während jedes Licht, das durch eine Region geht, die diese verzerrte Raumzeit enthält, durch die Auswirkungen des gekrümmten Raums gebogen, verzerrt und möglicherweise vergrößert wird.
Sammeln Sie ausreichend Masse an einem Ort, wird der Raum stark verzerrt.
In diesem Bild sorgt eine riesige Galaxiengruppe in der Mitte dafür, dass viele starke Linseneffekte sichtbar werden. Bei Hintergrundgalaxien wird das Licht gebogen, gestreckt und auf andere Weise in Ringe und Bögen verzerrt, wo es ebenfalls durch die Linse vergrößert wird. Dieses Gravitationslinsensystem ist komplex, aber aufschlussreich, um mehr über Einsteins Relativitätstheorie in Aktion zu erfahren.
Wenn Licht durch diesen verzerrten Bereich gelangt, kommt es zu einer Krümmung und Vergrößerung.
Eine entfernte Hintergrundgalaxie wird durch den dazwischen liegenden Galaxienhaufen so stark geblendet, dass drei unabhängige Bilder der Hintergrundgalaxie mit deutlich unterschiedlichen Lichtlaufzeiten zu sehen sind. Theoretisch kann eine Gravitationslinse Galaxien sichtbar machen, die um ein Vielfaches schwächer sind als das, was ohne eine solche Linse jemals gesehen werden könnte. Allerdings nehmen alle Gravitationslinsen nur einen sehr engen Bereich von Positionen am Himmel ein und sind um einzelne Massenquellen herum lokalisiert.
Sie verhält sich ähnlich wie eine optische Linse, wird jedoch durch die Schwerkraft angetrieben: eine Gravitationslinse.
Eines der aufregendsten Merkmale, die im El Gordo-Feld gefunden wurden, ist mit den Augen des JWST der am weitesten entfernte rote Riesenstern, der jemals entdeckt wurde: Quyllur, der Quechua-Begriff für Stern. Es ist der erste Rote Riesenstern, der mehr als 1 Milliarde Lichtjahre entfernt gefunden wurde, und tatsächlich ist er über 10 Milliarden Lichtjahre entfernt. Es war nur aufgrund der einzigartigen Fähigkeiten von JWST in Verbindung mit der Gravitationslinsenvergrößerung von El Gordo sichtbar.
Wenn Beobachter, Objektiv und Hintergrundobjekte aufeinander abgestimmt sind, entstehen spektakuläre Merkmale.
Eine Illustration des Gravitationslinseneffekts zeigt, wie Hintergrundgalaxien – oder jeder Lichtweg – durch die Anwesenheit einer dazwischenliegenden Masse verzerrt werden, aber sie zeigt auch, wie der Raum selbst durch die Anwesenheit der Vordergrundmasse selbst gebogen und verzerrt wird. Wenn mehrere Hintergrundobjekte mit derselben Vordergrundlinse ausgerichtet werden, kann ein richtig ausgerichteter Beobachter mehrere Sätze mehrerer Bilder sehen, bei perfekter Ausrichtung sogar einen „Einstein-Ring“. Wenn in der Hintergrundgalaxie ein vorübergehendes Ereignis wie eine Supernova auftritt, erscheint es mit Zeitverzögerungen in den verschiedenen Bildern.
Bögen, mehrere Bilder und sogar komplette Ringe werden möglich.
Diese Nebeneinanderansicht des Galaxienhaufens SMACS 0723 zeigt die MIRI- (links) und NIRCam-Ansichten (rechts) dieser Region vom JWST. Beachten Sie, dass sich in der Mitte des Bildes zwar ein heller Galaxienhaufen befindet, die interessantesten Objekte jedoch durch den Galaxienhaufen selbst durch Gravitationslinsen verzerrt und vergrößert werden und sich viel weiter entfernt befinden als der Galaxienhaufen selbst.
Am häufigsten bilden Galaxienhaufen die besten Gravitationslinsen, da sie überwältigend große Massen enthalten.
Die hier gezeigte Dreilinsengalaxie ist nach ihrem einzigartigen Aussehen, das durch die Gravitationslinse im Vordergrund geprägt ist, als Fishhook bekannt. Während der gesamte Vordergrundhaufen, El Gordo, die Hintergrundgalaxie als Linse betrachtet, ist es die markante Doppelgalaxie im Vordergrundhaufen, die dem Fishhook sein bemerkenswertes Aussehen verleiht.
Aber auch einzeln massereiche, kompakte Galaxien können theoretisch als Gravitationslinsen dienen.
Bei diesem Objekt handelt es sich nicht um eine einzelne Ringgalaxie, sondern um zwei Galaxien in sehr unterschiedlichen Abständen voneinander: eine nahegelegene rote Galaxie und eine weiter entfernte blaue Galaxie, die durch die Masse der Vordergrundgalaxie gravitativ gebündelt wird. Diese Objekte befinden sich einfach auf derselben Sichtlinie, wobei das Licht der Hintergrundgalaxie durch die Gravitation durch die Vordergrundgalaxie verzerrt, gestreckt und vergrößert wird. Das Ergebnis ist ein nahezu perfekter Ring, den man als Einstein-Ring bezeichnen würde, wenn er einen vollständigen 360-Grad-Kreis bilden würde. Während Linsenbildung häufiger bei Galaxienhaufen zu beobachten ist, kann sie bei einzelnen Galaxien auftreten, wenn sie kompakt genug sind und die Ausrichtung stimmt.
Solche Galaxien sind heute selten, aber vor 10–12 Milliarden Jahren waren massereiche, kompakte Galaxien weit verbreitet.
Das JWST der NASA führt uns über die Grenzen aller bisherigen Observatorien hinaus, einschließlich aller bodengestützten Teleskope auf der Erde und Hubble, und zeigt uns die am weitesten entfernten Galaxien im Universum, die jemals entdeckt wurden. Wenn wir den ausreichend beobachteten und vermessenen Galaxien 3D-Positionen zuordnen, können wir einen visualisierten Durchflug des Universums konstruieren, wie es uns die CEERS-Daten von JWST hier ermöglichen. In größeren Entfernungen kommen kompakte Galaxien häufiger vor; Bei geringerer Entfernung sind diffusere Galaxien die Norm.
JWSTs Augen entdeckten eine entfernte, massereiche, kompakte Galaxie, die sich wie eine Gravitationslinse verhielt.
Dieses Gravitationslinsensystem aus dem COSMOS-Web-Feld besteht aus einer kompakten, massereichen Galaxie, die etwa 17 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, und einer weiter entfernten Galaxie, die 21 Milliarden Lichtjahre entfernt ist und deren Licht zu einer ringförmigen Form gestreckt ist. Die Zerlegung der beiden Komponenten ist unten dargestellt.
Die Linse selbst ist 17 Milliarden Lichtjahre entfernt: 2,3 Milliarden Lichtjahre weiter als der bisherige Rekordhalter.
Dieses Bild zeigt die JWST-Daten in fünf NIRCam-Filtern mit verschiedenen Wellenlängen (oben) für die Gravitationslinse und die Linsengalaxie dahinter zusammen. Unten wird das Licht aufgeteilt, um die Vordergrundlinse (links) und den Hintergrundring (rechts) getrennt in ihre relevanten Komponenten anzuzeigen.
Weitere 4 Milliarden Lichtjahre hinter der Linse befindet sich eine Hintergrundgalaxie, die perfekt in einen Einstein-Ring integriert ist.
Der gleiche Raumbereich, der von JWST abgebildet wurde, wurde zuvor von Spitzer bei langen Wellenlängen (24 Mikrometer) abgebildet. Der Auflösungsunterschied zwischen den beiden Observatorien sowie die Signal-Rausch-Unterschiede zeigen, wie überlegen JWST seinem Infrarot-Vorgänger ist.
Das ringförmige Licht verrät die Masse der Linse: 650 Milliarden Sonnen, konzentriert auf nur wenige tausend Lichtjahre.
Nachdem die am weitesten entfernte Linsengalaxie in den JWST-Daten identifiziert worden war, wurden archivierte Hubble-Daten untersucht, wobei bei 814 Nanometern und 1,6 Mikrometern Hinweise auf den Ring bzw. die Vordergrundlinse in den Daten entdeckt wurden.
Mehrfach abgebildete Merkmale innerhalb des Rings können möglicherweise noch in der Hintergrundgalaxie aufgelöst werden.
Durch die Untersuchung nur einer Teilmenge des JWST-Lichts kann der Ring von der Vordergrundlinse getrennt werden, wo mehrere Schlüsselmerkmale (wie das rote Leuchten und helle Sternentstehungsregionen) hervorgehoben werden und mehrmals erscheinen. Mit weiteren Analysen und zukünftigen Daten können einzelne Merkmale im Hintergrund und das Linsensystem vollständiger rekonstruiert werden.
Mit der Linsenvergrößerung und den Fähigkeiten von JWST in Kombination rückt das Universum immer stärker in den Fokus.
Diese Weitwinkelansicht, die sich auf die am weitesten entfernte Gravitationslinse konzentriert, die jemals entdeckt wurde, zeigt einen größeren Bereich des COSMOS-Web-Feldes. Der Einstein-Ring ist ein klarer Beweis für eine Gravitationslinse.
Mostly Mute Monday erzählt eine astronomische Geschichte in Bildern, Bildern und nicht mehr als 200 Wörtern.