Galaxy Cluster Abell 2218 verzerrt das Licht von mehreren weiter entfernten Galaxien. Bildnachweis: ESO. Klicken um zu vergrößern.
Fünfzig Jahre nach seinem Tod bietet Albert Einsteins Arbeit immer noch neue Werkzeuge, um unser Universum zu verstehen. Ein internationales Team von Astronomen hat nun ein von Einstein 1936 vorhergesagtes Phänomen namens Gravitationslinsen verwendet, um die Form von Sternen zu bestimmen. Dieses Phänomen führte aufgrund der Wirkung der Schwerkraft auf Lichtstrahlen zur Entwicklung von Gravitationsoptiktechniken, darunter Gravitationsmikrolinsen. Es ist das erste Mal, dass diese bekannte Technik verwendet wurde, um die Form eines Sterns zu bestimmen.
Die meisten Sterne am Himmel sind punktförmig, was es sehr schwierig macht, ihre Form zu beurteilen. Jüngste Fortschritte in der optischen Interferometrie haben es ermöglicht, die Form einiger Sterne zu messen. Im Juni 2003 wurde beispielsweise festgestellt, dass der Stern Achernar (Alpha Eridani) der flachste Stern ist, der jemals gesehen wurde. Dabei wurden Beobachtungen des Very Large Telescope Interferometer verwendet (Einzelheiten zu dieser Entdeckung siehe Pressemitteilung der ESO). Bisher wurden nur wenige Messungen der Sternform gemeldet, was teilweise auf die Schwierigkeit zurückzuführen ist, solche Messungen durchzuführen. Es ist jedoch wichtig, weitere genaue Bestimmungen der Sternform zu erhalten, da solche Messungen dazu beitragen, theoretische Sternmodelle zu testen.
Zum ersten Mal verwendete ein internationales Team von Astronomen [1] unter der Leitung von N. J. Rattenbury (vom Jodrell Bank Observatory, UK) Gravitationslinsenverfahren, um die Form eines Sterns zu bestimmen. Diese Techniken beruhen auf der Gravitationsbiegung von Lichtstrahlen. Wenn Licht, das von einer hellen Quelle kommt, in die Nähe eines massiven Objekts im Vordergrund gelangt, werden die Lichtstrahlen gebogen und das Bild der hellen Quelle wird geändert. Wenn das massive Objekt im Vordergrund (die „Linse“) punktförmig und perfekt auf die Erde und die helle Quelle ausgerichtet ist, ist das von der Erde aus gesehene veränderte Bild eine Ringform, der sogenannte „Einstein-Ring“. Die meisten realen Fälle unterscheiden sich jedoch von dieser idealen Situation, und das beobachtete Bild wird auf kompliziertere Weise verändert. Das Bild unten zeigt ein Beispiel für die Gravitationslinse eines massiven Galaxienhaufens.
Die von Rattenbury und seinen Kollegen verwendete Gravitationsmikrolinse beruht auch auf der Ablenkung von Lichtstrahlen durch die Schwerkraft. Gravitationsmikrolinse ist der Begriff, der verwendet wird, um Gravitationslinsenereignisse zu beschreiben, bei denen die Linse nicht massiv genug ist, um auflösbare Bilder der Hintergrundquelle zu erzeugen. Der Effekt kann immer noch erkannt werden, da die verzerrten Bilder der Quelle heller sind als die Quelle ohne Linse. Der beobachtbare Effekt der Gravitationsmikrolinse ist daher eine vorübergehende scheinbare Vergrößerung der Hintergrundquelle. In einigen Fällen kann der Mikrolinseneffekt die Helligkeit der Hintergrundquelle um einen Faktor von bis zu 1000 erhöhen. Wie bereits von Einstein ausgeführt, sind die für den zu beobachtenden Mikrolinseneffekt erforderlichen Ausrichtungen selten. Da alle Sterne in Bewegung sind, ist der Effekt außerdem vorübergehend und wiederholt sich nicht. Mikrolinsenereignisse treten über Zeiträume von Wochen bis Monaten auf und erfordern die Erfassung von Langzeiterhebungen. Solche Umfrageprogramme gibt es seit den 1990er Jahren. Heute arbeiten zwei Umfrageteams: eine Zusammenarbeit zwischen Japan und Neuseeland, bekannt als MOA (Microlensing Observations in Astrophysics), und eine Zusammenarbeit zwischen Polen und Princeton, bekannt als OGLE (Optical Gravitational Lens Experiment). Das MOA-Team beobachtet aus Neuseeland und das OGLE-Team aus Chile. Sie werden von zwei Follow-up-Netzwerken unterstützt, MicroFUN und PLANET / RoboNET, die weltweit rund ein Dutzend Teleskope betreiben.
Die Mikrolinsen-Technik wurde angewendet, um nach dunkler Materie in unserer Milchstraße und anderen Galaxien zu suchen. Diese Technik wurde auch verwendet, um Planeten zu erfassen, die um andere Sterne kreisen. Zum ersten Mal konnten Rattenbury und seine Kollegen mit dieser Technik die Form eines Sterns bestimmen. Das verwendete Mikrolinsenereignis wurde im Juli 2002 von der MOA-Gruppe festgestellt. Die Veranstaltung heißt MOA 2002-BLG-33 (im Folgenden MOA-33). Rattenbury und seine Kollegen kombinierten die Beobachtungen dieses Ereignisses mit fünf bodengestützten Teleskopen zusammen mit HST-Bildern und führten eine neue Analyse dieses Ereignisses durch.
Die Linse des Ereignisses MOA-33 war ein Doppelstern, und solche Binärlinsensysteme erzeugen Mikrolinsen-Lichtkurven, die viele Informationen sowohl über die Quelle als auch über die Linsensysteme liefern können. Die besondere Geometrie des Beobachter-, Linsen- und Quellsystems während des MOA-33-Mikrolinsenereignisses führte dazu, dass die beobachtete zeitabhängige Vergrößerung des Quellsterns sehr empfindlich auf die tatsächliche Form der Quelle selbst reagierte. Die Form des Quellsterns bei Mikrolinsenereignissen wird normalerweise als sphärisch angenommen. Durch die Einführung von Parametern, die die Form des Quellsterns beschreiben, in die Analyse konnte die Form des Quellsterns bestimmt werden.
Rattenbury und seine Kollegen schätzten den MOA-33-Hintergrundstern als leicht verlängert mit einem Verhältnis zwischen dem polaren und dem äquatorialen Radius von 1,02 bis 0,02 / + 0,04. Aufgrund der Unsicherheiten der Messung kann eine Kreisform des Sterns jedoch nicht vollständig ausgeschlossen werden. Die folgende Abbildung vergleicht die Form des MOA-33-Hintergrundsterns mit den kürzlich für Altair und Achernar gemessenen. Während sowohl Altair als auch Achernar nur wenige Parsec von der Erde entfernt sind, ist der MOA-33-Hintergrundstern ein weiter entfernterer Stern (etwa 5000 Parsec von der Erde entfernt). In der Tat können interferometrische Techniken nur auf helle (also nahe gelegene) Sterne angewendet werden. Im Gegenteil, die Mikrolinsen-Technik ermöglicht es, die Form von viel weiter entfernten Sternen zu bestimmen. Tatsächlich gibt es derzeit keine alternative Technik, um die Form entfernter Sterne zu messen.
Diese Technik erfordert jedoch sehr spezifische (und seltene) geometrische Konfigurationen. Aus statistischen Gründen schätzte das Team, dass etwa 0,1% aller erkannten Mikrolinsenereignisse die erforderlichen Konfigurationen aufweisen. Jedes Jahr werden etwa 1000 Mikrolinsenereignisse beobachtet. Sie sollten in naher Zukunft noch zahlreicher werden. Die MOA-Gruppe nimmt derzeit ein neues, von Japan geliefertes 1,8-m-Weitfeldteleskop in Betrieb, das Ereignisse mit einer höheren Geschwindigkeit erkennen wird. Eine von den USA geführte Gruppe erwägt Pläne für eine weltraumgestützte Mission namens Microlensing Planet Finder. Dies soll eine Volkszählung aller Arten von Planeten innerhalb der Galaxie ermöglichen. Als Nebenprodukt würde es auch Ereignisse wie MOA-33 erkennen und Informationen über die Formen von Sternen liefern.
Ursprüngliche Quelle: Jodrell Bank Observatory
