Der geschmolzene Ring. (Saurabh Jha/Rutgers, The State University of New Jersey) Einer der spektakulärsten Einsteinringe, die jemals im Weltraum gesehen wurden, ermöglicht es uns zu sehen, was in einer Galaxie fast zu Beginn der Zeit passiert.
Die Lichtflecken namens „Geschmolzener Ring“, die durch Gravitationsfelder gedehnt und verzerrt werden, sind Vergrößerungen und Vervielfältigungen einer Galaxie, deren Licht satte 9,4 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt hat. Diese Vergrößerung hat uns einen seltenen Einblick in den stellaren „Babyboom“ gegeben, als das Universum noch in den Kinderschuhen steckte.
Die frühe Entwicklung des Universums ist eine schwer zu verstehende Zeit. Es entstand, wie wir es verstehen, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, als (wie wir glauben) das erste Licht auftauchte 1 Milliarde Jahre später . Licht, das sich über diese Zeitspanne ausbreitet, ist schwach, seine Quellen sind klein und Staub verdeckt einen Großteil davon.
Sogar die meisten an sich leuchtende Objekte sind in dieser Kluft der Raumzeit außerordentlich schwer zu erkennen, daher gibt es große Lücken in unserem Verständnis darüber, wie sich das Universum aus der Ursuppe zusammensetzte.
Aber manchmal bietet uns das Universum selbst eine helfende Hand. Befindet sich ein massereiches Objekt zwischen uns und einem weiter entfernten Objekt, kommt es aufgrund der gravitativen Krümmung der Raumzeit um das nähere Objekt zu einem Vergrößerungseffekt.
Illustration des Gravitationslinseneffekts. ( NASA, ESA und L. Calçada )
Jedes Licht, das dann durch diese Raumzeit wandert, folgt dieser Krümmung und gelangt verschwommen und verzerrt – aber auch vergrößert und verdoppelt – in unsere Teleskope. Diese werden Einstein-Ringe genannt, weil der Effekt von Albert Einstein vorhergesagt wurde.
Das Phänomen selbst wird Gravitationslinseneffekt genannt, und obwohl es uns absolut einiges beschert hat erstaunliche Bilder Darüber hinaus bietet es uns hervorragende Möglichkeiten, unsere eigenen Vergrößerungsmöglichkeiten – Teleskope – mit denen des Universums zu kombinieren, um Dinge zu sehen, die sonst zu weit entfernt wären, um sie klar oder überhaupt zu erkennen.
Der geschmolzene Ring (offiziell GAL-CLUS-022058s genannt) ist ein solcher Einstein-Ring, der durch das Gravitationsfeld um einen riesigen Galaxienhaufen im Sternbild Fornax vergrößert wird. Dieser Effekt ist so stark, dass die ferne Galaxie nicht nur in vier verzerrten Bildern erscheint, sondern auch um den Faktor 20 vergrößert.
In Kombination mit dem Hubble-Weltraumteleskop sind die resultierenden Bilder so detailliert und scharf wie Beobachtungen mit einem Teleskop mit einer riesigen Öffnung von 48 Metern. Daraus errechnete ein Forscherteam unter der Leitung von Anastasio Díaz-Sánchez von der Universidad Politécnica de Cartagena in Spanien, dass das Licht der Galaxie 9,4 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt hat.
Die vier Bilder der Galaxie. (Díaz-Sánchez et al., ApJ, 2021)
Dies bedeutet, dass es aus einer Zeit stammt, in der die Sternentstehung mit enormer Geschwindigkeit stattfand – tausendmal schneller als die Sternentstehung in der heutigen Milchstraße. Wenn wir mehr über diese Sternentstehungsperiode in der Geschichte des Universums erfahren, können wir besser verstehen, wie sich die heutigen Galaxien entwickelt haben. Normalerweise konnten wir damals jedoch nicht sehr gut in Galaxien sehen; Zusätzlich zur Entfernung sind sie sehr staubig.
Mit Hubbles Bildern konnten die Forscher den Linseneffekt modellieren, um die Verschmierungen und Duplikate des geschmolzenen Rings in der Galaxie, die ihn erzeugt hat, wieder aufzubauen.
„Ein solches Modell konnte nur mit der Hubble-Bildgebung erhalten werden“, sagte Diaz-Sanchez . „Insbesondere half uns Hubble dabei, die vier doppelten Bilder und die Sternklumpen der Linsengalaxie zu identifizieren.“
Dies ergab, dass sich die Galaxie auf dem sogenannten befindet Hauptreihe sternbildender Galaxien – eine Korrelation zwischen Galaxienmasse und Sternentstehungsrate – wobei neue Sterne mit einer Rate von 70 bis 170 Sonnenmassen pro Jahr geboren werden. Im Gegensatz dazu weist die Milchstraße eine Sternentstehungsrate von auf nur wenige Sonnenmassen pro Jahr .
Vieles wissen wir noch nicht über das frühe Universum und die Entstehung der Sterne – aber zufällige Ausrichtungen wie der geschmolzene Ring helfen uns, ihre Geheimnisse aufzudecken.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .