Schwerkraft ist eine lustige Sache. Es zerrt nicht nur an dir, mir, Planeten, Monden und Sternen, sondern kann sogar selbst Licht biegen. Und wenn Sie Licht biegen, haben Sie ein Teleskop.
Jeder hier kennt die praktischen Anwendungen der Schwerkraft. Wenn nicht nur durch die Exposition gegenüber Loony Tunes, mit einer Fülle von Szenen mit einem anthropomorphisierten Kojoten, der durch die Gravitationsbeschleunigung auf den Boden geschleudert wird, riesige Felsen, die unweigerlich an eine Stelle stürzen, die unweigerlich mit einem X markiert ist und zuvor von einem Mitglied der „acceleati incredibilus“ besetzt wurde. Familie und bald eine große Quetschmarke mit den leiblichen Überresten des zuvor erwähnten Wile E. Coyote.
Obwohl wir sie nur sehr begrenzt verstehen, ist die Schwerkraft eine ziemlich erstaunliche Kraft, nicht nur um einen unendlich auferstandenen Kojoten zu dezimieren, sondern um unsere Füße auf dem Boden zu halten und unseren Planeten genau an der richtigen Stelle um unsere Sonne herum zu halten. Die Schwerkraft hat eine ganze Reihe von Tricks und reicht über universelle Distanzen. Aber einer seiner besten Tricks ist, wie es sich wie eine Linse verhält und entfernte Objekte für die Astronomie vergrößert.
Dank der allgemeinen Relativitätstheorie wissen wir, dass die Masse den Raum um sie herum krümmt. Die Theorie sagte auch Gravitationslinsen voraus, eine Nebenwirkung von Licht, das sich entlang der Krümmung von Raum und Zeit bewegt, bei der Licht, das in der Nähe eines massiven Objekts passiert, leicht in Richtung der Masse abgelenkt wird.
Diese Abbildung zeigt, wie der Gravitationslinseneffekt funktioniert. Die Gravitation eines großen Galaxienhaufens ist so stark, dass sie das Licht entfernter Galaxien dahinter krümmt, aufhellt und verzerrt. Der Maßstab ist stark übertrieben; in Wirklichkeit ist die weit entfernte Galaxie viel weiter entfernt und viel kleiner. Bildnachweis: NASA, ESA, L. Calcada
Es wurde erstmals 1919 von Arthur Eddington und Frank Watson Dyson während einer Sonnenfinsternis beobachtet. Die sonnennahen Sterne erschienen leicht außerhalb ihrer Position, was darauf hindeutete, dass das Licht der Sterne gebeugt war, und demonstrierten den vorhergesagten Effekt. Dies bedeutet, dass das Licht von einem entfernten Objekt, wie einem Quasar, um ein näheres Objekt wie eine Galaxie abgelenkt werden könnte. Dadurch kann das Licht des Quasars in unsere Richtung gebündelt werden, sodass es heller und größer erscheint. Gravitationslinsen wirken also wie eine Art Lupe für weit entfernte Objekte, die ihre Beobachtung erleichtern.
Wir können den Effekt nutzen, um tiefer in das Universum zu blicken, als dies mit unseren herkömmlichen Teleskopen möglich wäre. Tatsächlich wurden die am weitesten entfernten jemals beobachteten Galaxien, die nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurden, alle mithilfe von Gravitationslinsen entdeckt.
Astronomen verwenden Gravitations-Mikrolinsen, um Planeten um andere Sterne zu erkennen. Der Vordergrundstern dient als Linse für einen Hintergrundstern. Wenn der Stern heller wird, können Sie weitere Verzerrungen erkennen, die darauf hindeuten, dass es Planeten gibt. Sogar Amateurteleskope sind empfindlich genug, um sie zu entdecken, und Amateure helfen regelmäßig, neue Planeten zu entdecken. Leider sind dies einmalige Ereignisse, da diese Ausrichtung nur einmal stattfindet.
Hubble-Bild von SDSSJ0146-0929, einem Galaxienhaufen, der massiv genug ist, um die Raumzeit um ihn herum stark zu verzerren und die seltsamen, sich drehenden Kurven zu erzeugen, die den Haufen fast umkreisen – bekannt als „Einstein-Ring“. Bildnachweis: ESA/Hubble & NASA; Danksagung: Judy Schmidt
Es gibt eine besondere Situation, die als Einstein-Ring bekannt ist, bei der eine weiter entfernte Galaxie von einer nahegelegenen Galaxie zu einem vollständigen Kreis verformt wird. Bis heute wurden einige Teilringe gesehen, aber kein perfekter Einstein-Ring wurde jemals gesichtet.
Gravitationslinsen ermöglichen uns auch, unsichtbare Dinge in unserem Universum zu beobachten. Dunkle Materie emittiert oder absorbiert selbst kein Licht, daher können wir sie nicht direkt beobachten. Wir können kein Foto machen und sagen „Hey schau, dunkle Materie!“. Es hat jedoch Masse, und das bedeutet, dass es das dahinter entstehende Licht gravitativ linsen kann. Wir haben also sogar den Effekt des Gravitationslinseneffekts genutzt, um dunkle Materie im Universum zu kartieren.
Was ist mit dir? Worauf sollten wir unsere Bemühungen um Gravitationslinsen konzentrieren, um einen besseren Einblick in das Universum zu bekommen? Sag es uns in den Kommentaren unten.
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