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Einsteinring

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Dies ist die aktuelle Version dieser Seite, zuletzt bearbeitet am 20. Juli 2025 um 00:53 Uhr durch imported>Kreuzschnabel (das ist zu eng. Jeder Massekörper kann als GL wirken, nicht nur Galaxien. Bei Schwarzen Löchern sind Einsteinringe ohne erkennbaren Massenkörper eines der deutlichsten Indizien.).
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Bei einem Einsteinring (nach Orest Danilowitsch Chwolson auch Chwolsonring) handelt es sich um eine ringförmige Abbildung der elektromagnetischen Strahlung eines weit entfernten Objekts, die durch die Gravitationswirkung eines davor stehenden massereichen Objekts zustande kommt. Das nahe Objekt wirkt dabei als Gravitationslinse. Dieses Phänomen wurde von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt und seitdem durch zahlreiche Beobachtungen bestätigt.

Als Gravitationslinsen kommen etwa massereiche Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen oder Schwarze Löcher in Frage.

Eine Gravitationslinse krümmt die vom entfernten Objekt ausgehenden Lichtstrahlen so, dass der Beobachter es mehrfach „neben“ der Linse stehen sieht. Ein Einsteinring entsteht dann, wenn Beobachter, Linse und fernes Objekt präzise auf einer Geraden liegen. Das ferne Objekt wird in Ringsegmenten abgebildet, unter idealen Bedingungen sogar als vollständiger Ring. Diese idealen Bedingungen setzen ein symmetrisches Schwerefeld der Linse voraus.

Theorie

Datei:Einstein-Ring-schem de.png
Entstehung eines kompletten Einstein-Rings (a) und zweier verzerrter Bilder (b) eines entfernten Objekts durch eine als Gravitationslinse wirkende Vordergrundgalaxie. Das einem Beobachter auf der Erde erscheinende Bild ist orange eingezeichnet.

Es seien

<math>G</math> die Gravitationskonstante,
<math>M</math> die Masse des als Linse wirkenden Objekts,
<math>c</math> die Lichtgeschwindigkeit,
<math>d_{LS}</math> die Entfernung zwischen Linse und abgebildetem Objekt,
<math>d_L</math> die Entfernung vom Beobachter zum als Linse wirkenden Objekt,
<math>d_S=d_L+d_{LS}</math> die Gesamt-Entfernung vom Beobachter zum abgebildeten Objekt,
<math>r</math> der Einsteinradius in Metern.

Der Radius <math>r</math> eines Einsteinrings wird Einsteinradius genannt. Er lässt sich nach Einsteins Relativitätstheorie wie folgt berechnen:

<math>\frac{r}{d_L} + \frac{r}{d_{LS}} = \frac{4GM}{c^2} \frac{1}{r}

</math> Umgeformt nach <math>r</math> ergibt sich

<math>r = \sqrt{\frac{4GM}{c^2} \; \frac{d_{LS} \cdot d_L}{d_S}}</math>.

Falls <math>r</math> viel kleiner als <math>d_L</math> ist, ist der Einsteinwinkel <math>\theta_E\approx \arctan(\theta_E)=\frac{r}{d_L}</math> und es gilt (Winkel im Bogenmaß)

<math>\theta_E \approx \sqrt{\frac{4GM}{c^2} \; \frac{d_{LS}}{d_L \cdot d_S}}</math>.

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:

Gravitationslinse abgebildetes Objekt Einstein-Radius
Galaxienhaufen ferne Galaxie einige Zehn Bogensekunden
Galaxie ferne Galaxie einige Zehntel Bogensekunden bis wenige Bogensekunden
Stern in der Milchstraße ferner Stern in der Milchstraße etwa 0,001 Bogensekunden, siehe Mikrolinseneffekt

Beobachtungen

Von der Erde aus sind nur wenige Einstein-Ringe zu sehen, 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 scheinbare Durchmesser der Einsteinringe liegt zwischen 0,3″ und 2″.

Der erste Einstein-Ring (MG 1131+0456) mit einem Durchmesser von 1,75″ wurde 1987 mit dem VLA aufgenommen (Publikation 1988). Bis 2008 wurden mehr als 70 Einsteinringe gefunden. Viele wurden bei Himmelsdurchmusterungen entdeckt, von denen einige mit dem Hubble-Weltraumteleskop näher untersucht wurden:

Ein doppelter Einsteinring wurde im Jahr 2008 entdeckt.<ref name="Gavazzi2008">R. Gavazzi et al.: The Sloan Lens ACS Survey. VI: Discovery and analysis of a double Einstein ring. In: Astroph. Journ. Band 677, 2008, S. 1046–1059, bibcode:2008ApJ...677.1046G.</ref> 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 drei 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 Sonnenmassen bestimmt werden konnte:<ref>Märkische Oderzeitung, 15. Januar 2008, S. 18.</ref>

Weitere Beispiele

Siehe auch

Weblinks

Commons: Einsteinringe – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

<references />

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