Einsteinring

Bei einem Einsteinring (auch Chwolsonring) handelt es sich um einen Ring elektromagnetischer Strahlung eines weit entfernten Objekts, der durch die Wirkung der Gravitation einer „Vordergrund“-Galaxie zustande kommt. Die Galaxie wirkt dabei als Gravitationslinse. Dieses Phänomen wurde von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt.

Bei einer Gravitationslinse sieht der Beobachter das entfernte Objekt mehrfach, weil die Lichtstrahlen auf unterschiedlichen Wegen zu ihm gelangen können. Wenn das Objekt präzise hinter der Linse steht, erscheinen die Bilder als Ringsegmente um die Galaxie - unter idealen Bedingungen kann sogar ein vollständiger Ring entstehen.

Theorie

Bild 1: Entstehung eines kompletten Einstein-Rings (a) und von zwei verzerrten Bildern (b) eines entfernten Objekts durch eine als Gravitationslinse wirkende Vordergrundgalaxie. Das einem Beobachter auf der Erde erscheinende Bild ist orange eingezeichnet.

Der Radius eines Einsteinrings wird Einsteinradius genannt. Im Bogenmaß ist er

$\theta_E = \left(\frac{4GM}{c^2}\;\frac{d_{LS}}{d_L d_S}\right)^{1/2}$,

dabei ist

G die Gravitationskonstante,

M die Masse des als Linse wirkenden Objekts,

c die Lichtgeschwindigkeit,

d_L die Entfernung zum als Linse wirkenden Objekt,

d_S die Entfernung zum abgebildeten Objekt, und

d_LS die Entfernung zwischen Linse und abgebildetem Objekt.

Stehen Linse und abgebildetes Objekt nicht auf einer Linie, sodass statt eines Einsteinrings mehrere Einzelbilder entstehen, dann sind die Abstände zwischen diesen Bildern von der Größenordnung des Einsteinradius. Der Einsteinradius gibt also auch in diesem häufigeren Fall eine Vorstellung von der Ausdehnung des durch die Gravitationslinse erzeugten Effekts.

Für tatsächlich beobachtete Beispiele des Gravitationslinseneffekts ist die ungefähre Größe des Einsteinradius:

• Linse Galaxie, abgebildetes Objekt ferne Galaxie: Einige Zehntel Bogensekunden bis wenige Bogensekunden.
• Linse Galaxienhaufen, abgebildetes Objekt ferne Galaxie: Einige 10 Bogensekunden.
• Linse Stern und abgebildetes Objekt Sterne in unserer Milchstraße: Etwa 0,001 Bogensekunden, siehe auch Mikrolinseneffekt.

Praxis

Bild 2: Einsteinring SDSS J162746.44-005357.5, Durchmesser 2.08 ± 0.08" (Hubble-Weltraumteleskop)

Es sind von der Erde aus nur wenige Einstein-Ringe zu beobachten, weil die Quelle der Strahlung genau hinter der Gravitationslinse stehen muss. Bei den bisher beobachteten Einstein-Ringen liegen die Vordergrundgalaxien in Entfernungen von einigen Milliarden Lichtjahren.

Der erste Einstein-Ring (MG 1131+0456) wurde 1987 mit dem VLA aufgenommen (Publikation 1988). Bis 2008 wurden mehr als 70 Einsteinringe gefunden.

Bild 3: Doppelter Einsteinring, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop Januar 2008

Ein doppelter Einsteinring wurde im Jahr 2008 entdeckt (Bild 3).^[1] Ein solcher doppelter Einsteinring entsteht, wenn zum gleichen Zeitpunkt zwei Galaxien in unterschiedlicher Entfernung hinter der Linsengalaxie stehen. Die Wahrscheinlichkeit einer solchen Konstellation liegt bei etwa eins zu zehntausend. In diesem Fall handelte es sich um 3 Galaxien im Abstand von drei, sechs und elf Milliarden Lichtjahren. Die Geometrie der aufgenommenen Objekte erlaubt Rückschlüsse auf die Schwerkraft und damit die Masse der ablenkenden (mittleren) Galaxie, die zu einer Milliarde Sonnen bestimmt werden konnte.^[2]

Weitere Beispiele

• B1938+666: Wurde 1992 von Patnaik et al. als Gravitationslinsen-System entdeckt. Später wurde mit dem „Merlin“ (Multi-Element Radio Linked Interferometer), einem Verbund aus Radioteleskopen in Großbritannien und dem Hubble-Weltraumteleskop ein Einsteinring bei dieser Linse entdeckt (King et al., 1997 / 1998).
• SDSS J143001.30+410440.6

Siehe auch

 Commons: Einsteinringe – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Einsteinkreuz

Weblinks

• Merlin WebSite des Jodrell-Bank-Radioobservatoriums
• Pressemitteilung mit Bildern zur Entdeckung mehrerer Einstein-Ringe 2005 (englisch)
• Bericht über die Entdeckung eines doppelten Einsteinrings in der Neuen Zürcher Zeitung 13. Januar 2008
• Wie kommen Einstein-Ringe zustande? - Planet Schule - SWR (YouTube-Video vom ARD YouTube Channel)

Einzelnachweise

1. ↑ R. Gavazzi et al.: The Sloan Lens ACS Survey. VI: Discovery and analysis of a double Einstein ring. In: Astroph. Journ. 677, 2008, S. 1046-1059 ([1]).
2. ↑ Märkische Oderzeitung, 15. Januar 2008, S. 18