Gravitationslinse

Ein Einstein-Ring entsteht nur, wenn Beobachter, Linse und Quelle exakt auf einer Linie liegen. Hubble fotografierte 1998 den ersten optischen Einstein-Ring; das JWST löst heute Hunderte davon auf und nutzt sie, um Dunkle-Materie-Halos um Vordergrundgalaxien mit unerreichter Präzision zu wiegen. Gravitationslinsen zeigen Masse unabhängig davon, ob sie Licht aussendet - das macht Linsen-Surveys zu einem der stärksten Belege dafür, dass rund 27 % der Energiedichte des Universums aus kalter Dunkler Materie besteht.

Jede Masseansammlung krümmt den Raum um sich herum, und vorbeilaufendes Licht folgt dieser Krümmung — eine Vordergrundgalaxie lenkt so das Licht eines weiter entfernten Objekts dahinter ab. Statt eines Bildes sieht man zwei, einen Bogen oder einen vollständigen Ring, und jedes davon wird aufgehellt. Je schwerer die Linse und je genauer die Ausrichtung, desto größer der Einstein-Radius θ_E, den dieses Werkzeug berechnet. Astronomen nutzen dies als kostenloses Zoomobjektiv, um zu lichtschwache Galaxien zu untersuchen.

Eine Gravitationslinse ist ein erstaunlich schlechtes optisches Instrument. Eine sammelnde Glaslinse lenkt Strahlen umso stärker ab, je weiter sie von der Mitte entfernt sind, und bündelt paralleles Licht in einem einzigen Brennpunkt; die Gravitation macht das Gegenteil — die Ablenkung α = 4GM/(c²b) wächst, je näher das Licht an der Masse vorbeizieht. Parallele Strahlen treffen sich daher nie in einem Punkt, sondern häufen sich entlang einer bis ins Unendliche reichenden Linie. Genau dieser 'Fehler' lässt gelinste Quellen zu Ringen und Bögen verschmieren statt zu sauberen Punkten.