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Gravitationslinsen: Hubble bereitet Romans Suche nach Dunkler Materie vor
Eine ferne Galaxie erscheint auf einer Hubble-Aufnahme gleich zweimal, als zwei unterschiedlich große blaue Lichtbögen. Die Schwerkraft einer näher gelegenen Galaxie verzerrt ihr Licht und verrät damit etwas über die Masse im Vordergrund. Solche Gravitationslinsen sollen die Auswertung künftiger Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Roman vorbereiten.
Greenbelt (U.S.A.). Gravitation beeinflusst nicht nur die Bewegung von Sternen und Galaxien, sondern auch den Weg des Lichts. Liegen zwei weit entfernte Galaxien von der Erde aus annähernd auf einer Linie, kann die vordere das Bild der hinteren verformen und vervielfachen.
Solche sogenannten Gravitationslinsen entstehen, weil Masse die Raumzeit krümmt und Lichtstrahlen dadurch verschiedene Wege nehmen. Die Form der verzerrten Bilder enthält Informationen darüber, wie viel Materie in der vorderen Galaxie liegt. Dazu zählt auch Dunkle Materie, die selbst kein Licht aussendet, aber durch ihre Schwerkraft wirkt.
Die US-Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (NASA) zeigt das Prinzip nun anhand einer Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops. Im Vordergrund liegt eine elliptische Galaxie in rund 4,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung, dahinter eine Galaxie, die rund acht Milliarden Lichtjahre entfernt ist.
Das Bild der Hintergrundgalaxie erscheint als großer blauer Bogen auf der einen und als kleineres, seitenverkehrtes Gegenbild auf der anderen Seite der Vordergrundgalaxie. Diese Konstellation heißt Bogen-Gegenbogen-Paar und entsteht, wenn die Galaxien aus unserer Sicht fast exakt hintereinanderstehen.
Die auffällige Balkenspiralgalaxie in der Bildmitte ist dabei nicht das eigentliche Untersuchungsobjekt. Entscheidend für die Dunkle-Materie-Forschung ist die unscheinbarere Gravitationslinse am unteren rechten Bildrand.
Je mehr Masse eine Gravitationslinse besitzt, desto stärker krümmt sie die Lichtwege der Hintergrundgalaxie. Aus Form, Lage und Ausdehnung der Bögen können Astronomen daher auf die Massenverteilung der Vordergrundgalaxie schließen.
Die sichtbare Materie reicht nicht aus, um die beobachtete Verzerrung vollständig zu erklären. Der zusätzliche Schwerkrafteinfluss wird Dunkler Materie zugeschrieben, deren Verteilung sich auf diese Weise indirekt rekonstruieren lässt.
Die neue Bildveröffentlichung präsentiert allerdings noch keinen berechneten Dunkle-Materie-Anteil für dieses Galaxiensystem. Sie dokumentiert vielmehr eine Beobachtung, die in die Vorbereitung weiterer Messungen und Auswertungsverfahren einfließt.
Hubble kann solche Linsen in hoher Auflösung einzeln untersuchen, sein Gesichtsfeld ist jedoch vergleichsweise klein. Das geplante Nancy Grace Roman Space Telescope soll mit seinem Weitfeldinstrument größere Himmelsgebiete auf einmal aufnehmen und dadurch wesentlich mehr Gravitationslinsen erfassen.