Een recent kiekje van ruimtetelescoop Hubble lijkt wel op een plaatje van een lachspiegel. Toch is het kromgebogen sterrenlicht geen foutje in de camera-apparatuur. De afbeelding toont een prachtige Einsteinring, genaamd GAL-CLUS-022058s. Het is het grootste en meest complete exemplaar dat ooit is waargenomen.
Sterrenkundigen hebben GAL-CLUS-022058s de bijnaam ‘gesmolten ring’ (Molten Ring) gegeven, vanwege zijn uitgelopen uiterlijk. De gesmolten ring bevindt zich in het onopvallende sterrenbeeld Fornax (Oven) aan de zuiderhemel. Hij is alleen zichtbaar met een krachtige telescoop, zoals de ruimtetelescoop Hubble.
Sterrenstelsels als lenzen
Een Einsteinring wordt veroorzaakt door een zwaartekrachtlens. Hierbij wordt het licht van een ver object – bijvoorbeeld een ster of een heel sterrenstelsel – afgebogen door de zwaartekracht van een object dat ervoor ligt. Bij de gesmolten ring gaat het om het licht van een ver sterrenstelsel dat afgebogen wordt door een iets dichterbij gelegen elliptisch sterrenstelsel.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Deze lenswerking van een zwaar object, zoals een sterrenstelsel, wordt beschreven door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het ontstaat doordat zware objecten de ruimtetijd om zich heen doen krommen. Licht beweegt in een rechte lijn door die ruimtetijd. Maar als de ruimtetijd zelf gekromd is, zal het licht een gekromd pad volgen. Hierdoor wordt het licht om zware objecten heen gebogen.
Einsteinringen zijn zeldzaam. Ze ontstaan alleen als het voorgelegen lensobject vanaf de aarde (of ruimtetelescoop Hubble) gezien precies op één lijn ligt met het achtergelegen object, vertelt sterrenkundige Margot Brouwer. Dat was bij GAL-CLUS-022058s zo precies het geval dat het een prachtige, grote, complete ring opleverde. De ring heeft wel wat vervormingen. Die ontstaan doordat het voorgelegen elliptische sterrenstelsel in een cluster met andere sterrenstelsels huist. De zwaartekrachtwerking van die andere sterrenstelsels zorgt voor extra bochten in het licht.
Als het achtergelegen object niet recht achter de lens ligt, dan heeft de lens een ander effect. Brouwer: ‘Het licht van het achtergelegen stelsel vormt dan een soort banaan of een vage veeg.’
Leerzame lenzen
Naast mooie plaatjes kunnen zwaartekrachtlenzen ons ook meer leren over het heelal. Ze maken objecten die anders achter het lensobject schuil zouden gaan zichtbaar. En het zijn een soort vergrootglazen die het licht versterken, omdat de afbuiging hetzelfde effect heeft als een positieve lens. Zo kunnen verre, oude sterrenstelsels, waarvan het licht eigenlijk te zwak is om te meten, toch waargenomen worden. En er is met een lenzende ster zelfs een exoplaneet ontdekt.
Verder kan, aan de hand van de grootte van de ring, de afstand tot het lensstelsel en de afstand tot een achtergelegen stelsel, de massa van het lensstelsel bepaald worden. Vervolgens kunnen sterrenkundigen de hoeveelheid missende, donkere materie in dat stelsel bepalen, door de massa van de lensmeting te vergelijken met de massa van de zichtbare, bekende materie in het sterrenstelsel. Grootschalige zwaartekrachtlensmetingen zijn bijvoorbeeld door Brouwer gebruikt om donkere-materiemodellen te vergelijken met alternatieven theorieën, zoals die van de Nederlandse fysicus Erik Verlinde.
Ook kan de algemene relativiteitstheorie van Einstein ermee getoetst worden. En vorig jaar gebruikten Groningse onderzoekers de astronomische lenzen om de uitdijingssnelheid van het heelal te meten.
Zwaartekrachtlenzen zijn dus handig gereedschap voor sterrenkundigen. Of en hoe de gesmolten Einsteinring de sterrenkunde vooruit gaat helpen, weten we nog niet. Maar het is in elk geval weer een prachtige Hubble-foto (hier te downloaden).
