Um die am weitesten entfernten Objekte im Universum zu studieren, verlassen sich Astronomen oft auf eine Technik, die als . bekannt ist Gravitationslinsen . Basierend auf den Prinzipien von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , beruht diese Technik auf einer großen Verteilung von Materie (wie einem Galaxienhaufen oder Stern), um das Licht, das von einem entfernten Objekt kommt, zu vergrößern und es dadurch heller und größer erscheinen zu lassen.
In den letzten Jahren haben Astronomen jedoch auch andere Anwendungen für diese Technik gefunden. Ein Team von Wissenschaftlern der Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat kürzlich festgestellt, dass Gravitationslinsen auch verwendet werden können, um Bestimme die Masse von Weißen Zwergen . Diese Entdeckung könnte zu einer neuen Ära in der Astronomie führen, in der die Masse lichtschwächerer Objekte bestimmt werden kann.
Die Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, mit dem Titel „ Vorhersage des Gravitationslinseneffekts durch stellare Überreste “ erschien in derMonatliche Bekanntmachung der Royal Astronomical Society.Die Studie wurde von Alexander J. Harding vom CfA geleitet und umfasste Rosanne Di Stefano und Claire Baker (ebenfalls vom CfA) sowie Mitglieder der University of Southampton, der Georgia State University, der University of Nigeria und der Cornell University .
Ein Hubble-Bild des Weißen Zwergsterns PM I12506+4110E (das helle Objekt, das in diesem Negativabzug schwarz zu sehen ist) und sein Feld, das zwei entfernte Sterne PM12-MLC1&2 enthält. Bildnachweis: Harding et al./NASA/HST
Einfach ausgedrückt ist die Bestimmung der Masse eines astronomischen Objekts eine der größten Herausforderungen für Astronomen. Die bisher erfolgreichste Methode stützte sich auf binäre Systeme, da die Bahnparameter dieser Systeme von den Massen der beiden Objekte abhängen. Leider sind Objekte, die sich in den Endzuständen der Sternentwicklung befinden – wie Schwarze Löcher, Neutronensterne oder Weiße Zwerge – oft zu schwach oder isoliert, um nachweisbar zu sein.
Das ist bedauerlich, da diese Objekte für viele dramatische astronomische Ereignisse verantwortlich sind. Dazu gehören die Akkretion von Material, die Emission energiereicher Strahlung, Gravitationswellen, Gammastrahlenausbrüche oder Supernovae. Viele dieser Ereignisse sind für Astronomen noch ein Rätsel oder ihre Erforschung steckt noch in den Kinderschuhen – also Gravitationswellen. Wie sie in ihrer Studie feststellen:
„Der Gravitationslinseneffekt bietet einen alternativen Ansatz zur Massenmessung. Es hat den Vorteil, dass es sich nur auf das Licht einer Hintergrundquelle verlässt und kann daher auch für dunkle Objektive verwendet werden. Da Licht von der Linse die Erkennung von Linseneffekten beeinträchtigen kann, sind kompakte Objekte ideale Linsen.“
Von den 18.000 bisher entdeckten Linseneffekten sollen etwa 10 bis 15 % durch kompakte Objekte verursacht worden sein. Wissenschaftler können jedoch nicht sagen, welche der entdeckten Ereignisse auf kompakte Objektive zurückzuführen sind. Für ihre Studie versuchte das Team, dieses Problem zu umgehen, indem es lokale kompakte Objekte identifizierte und vorhersagte, wann sie ein Linsenereignis erzeugen könnten, damit sie untersucht werden konnten.
Animation, die den Weißen Zwergstern Stein 2051B zeigt, wie er vor einem entfernten Hintergrundstern vorbeizieht. Bildnachweis: NASA
„Indem wir uns auf vorselektierte kompakte Objekte in unmittelbarer Nähe der Sonne konzentrieren, stellen wir sicher, dass das Linsenereignis von einem Weißen Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzen Loch verursacht wird“, erklären sie. „Außerdem können Distanz und Eigenbewegung des Objektivs vor oder auch nachträglich genau gemessen werden. Ausgestattet mit diesen Informationen ermöglicht die Linsenlichtkurve eine genaue Messung der Masse der Linse.“
Am Ende stellte das Team fest, dass Linsenereignisse von Tausenden von lokalen Objekten vorhergesagt werden können. Darunter sind 250 Neutronensterne, 5 Schwarze Löcher und etwa 35.000 Weiße Zwerge. Neutronensterne und Schwarze Löcher stellen eine Herausforderung dar, da die bekannten Populationen zu klein sind und ihre Eigenbewegungen und/oder Entfernungen nicht allgemein bekannt sind.
Aber im Fall von Weißen Zwergen erwarten die Autoren, dass sie in Zukunft viele Linsenmöglichkeiten bieten werden. Basierend auf den allgemeinen Bewegungen der Weißen Zwerge über den Himmel erhielten sie eine statistische Schätzung, dass etwa 30-50 Linsenereignisse pro Jahrzehnt stattfinden werden, die von den Hubble-Weltraumteleskop , die ESAs Gaia Mission oder NASAs James Webb Weltraumteleskop (JWST). Wie sie in ihren Schlussfolgerungen festhalten:
„Wir stellen fest, dass die Erkennung von Linsenbildungsereignissen aufgrund von Weißen Zwergen während des nächsten Jahrzehnts sowohl von Gaia als auch von HST mit Sicherheit beobachtet werden kann. Photometrische Ereignisse werden auftreten, aber um sie zu entdecken, müssen die Positionen von Hunderten bis Tausenden weit entfernten Weißen Zwergen beobachtet werden. Wenn wir die Positionen, Entfernungen und Eigenbewegungen einer größeren Anzahl von Weißen Zwergen durch den Abschluss von Vermessungen wie Gaia und durch laufende und neue Weitfeldvermessungen lernen, wird sich die Situation weiter verbessern.“
Die Zukunft der Astronomie scheint in der Tat rosig. Zwischen Verbesserungen in Technologie, Methodik und dem Einsatz von weltraum- und bodengestützten Teleskopen der nächsten Generation mangelt es nicht an Gelegenheiten, mehr zu sehen und zu erfahren.