E8 Gravitationslinsen

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist die Gravitationslinsenwirkung, die Ablenkung von Licht beim Durchgang in der Nähe einer Masse, die erstmals 1919 beobachtet wurde.

Diese Gravitationslinse wird je nach ihrer Intensität in drei Typen eingeteilt: eine starke Linse, die Bögen, vollständige Einstein-Ringe und Mehrfachabbildungen derselben Quelle erzeugt; eine schwache Linse, die die Form der Quellen nur geringfügig und rein statistisch verzerrt; und eine Mikrolinse, die die Helligkeit einzelner Sterne vorübergehend verstärkt. Die Masse der Linse und die Geometrie ihrer Ausrichtung bewirken, dass dasselbe physikalische Phänomen diese drei sehr unterschiedlichen Beobachtungseffekte hervorruft.

Der Einstein-Ablenkwinkel, also der Winkel, unter dem diese Gravitationslinse das Licht ablenkt, nimmt mit der Quadratwurzel sowohl der als Linse wirkenden Masse als auch des Abstands zu. Eine größere Masse oder ein größerer Abstand führt somit zu einer stärkeren Ablenkung. Ein vollständiger Einsteinring um diese Linse bildet sich jedoch nur dann, wenn Quelle, Linse und Beobachter perfekt auf einer Linie ausgerichtet sind: Diese perfekte Ausrichtung ist eine Alles-oder-Nichts-Bedingung. Jede noch so kleine Abweichung führt dazu, dass der Ring in einzelne Bögen oder mehrere Bilder zerfällt.

Wenn die Quelle hinter dieser Gravitationslinse selbst veränderlich ist, wie es bei bestimmten fernen Galaxienkernen der Fall ist, erreichen die verschiedenen, von der Linse erzeugten Bilder den Beobachter mit unterschiedlicher Zeitverzögerung, da jedes Bild einen anderen optischen Weg zurücklegt. Diese Zeitverzögerung zwischen den Bildern ermöglicht es, die Hubble-Konstante – die aktuelle Expansionsrate des Universums – völlig unabhängig von der traditionellen Entfernungsskala zu messen. Der so erhaltene Wert steht nun im Widerspruch zu dem aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleiteten Wert. So führt die Betrachtung der Gravitationslinse, mit der dieses Dokument beginnt, bis hin zur Spannung bei der Messung der Expansionsrate des Universums, mit der es endet, über seine drei Manifestationsformen und die Alles-oder-Nichts-Bedingung, die die Bildung eines vollständigen Einstein-Rings bestimmt, dazu, dass die einfache Ablenkung von Licht durch die Schwerkraft letztendlich zu einer der unabhängigsten – und heute meistdiskutierten – Methoden wird, die Expansionsrate des Universums selbst zu messen.

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