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Hämmerle, Hannelore
Hämmerle, Hannelore
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Originalveröffentlichung

1.
Masayuki Tanaka, Kenneth Wong, Anupreeta More et al.

A spectroscopically confirmed double source plane lens system in the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program

MPA Pressemeldung

Ein antikes Auge am Himmel

25. Juli 2016

Ein internationales Forscherteam hat ein extrem seltenes „doppeltes“ Gravitationslinsensystem entdeckt, bei dem zwei weit entfernte Galaxien gleichzeitig durch eine Vordergrundgalaxie abgebildet werden. Die zugrunde liegenden Daten wurde im Rahmen des laufenden „Subaru Strategic Survey“ mit der Hyper Suprime-Cam-Kamera aufgenommen. Das Team nannte das System "Auge des Horus", das es diesem alten ägyptischen Symbol ähnlich sieht. Ein solch seltenes System ist eine einzigartige Gelegenheit, sowohl die grundlegende Physik von Galaxien als auch kosmologische Fragestellungen zu untersuchen.

Licht aus einer weit entfernten Galaxie kann durch die Gravitationskraft einer Vordergrundgalaxie stark abgelenkt und „gebogen“ werden. Dieser Effekt wird als „starker Gravitationslinseneffekt“ bezeichnet. Normalerweise wird eine einzelne Hintergrundgalaxie abgebildet. Die gleiche Vordergrundgalaxie kann allerdings im Prinzip gleichzeitig auch mehrere Hintergrundgalaxien abbilden. Selbst wenn diese Ereignisse extrem selten auftreten, bietet ein derartiges Linsensystem die einzigartige Gelegenheit, grundlegende Physik der Galaxien zu studieren und unser Verständnis der Kosmologie zu erweitern. Ein solches Linsensystem wurde nun vor kurzem entdeckt und zwar nicht im Büro eines Astronomen sondern im Klassenzimmer. „Auge des Horus“ genannt, wird uns dieses alte Auge helfen, die Geschichte des Universums besser zu verstehen.

Forschung im Unterricht zahlt sich aus

<p>Das „Auge des Horus“ in einer Falschfarbenaufnahme. Die zwei Bögen bzw. Ringe haben unterschiedliche Farben und sind die „gelinsten“ Abbildungen zweier Hintergrundgalaxien.</p> Bild vergrößern

Das „Auge des Horus“ in einer Falschfarbenaufnahme. Die zwei Bögen bzw. Ringe haben unterschiedliche Farben und sind die „gelinsten“ Abbildungen zweier Hintergrundgalaxien.

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Jedes Jahr organisiert das Subaru-Teleskop eine Sommerschule für Studenten, wie zuletzt im September 2015 am Hauptsitz des National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) in Mitaka, Tokyo. Als Teil des Strategic Subaru Programme führt Subaru derzeit eine umfangreiche Durchmusterung eines großen Himmelsbereiches mit der Hyper Suprime-Cam-Kamera (HSC) in einer nie dagewesenen Tiefe durch. Eine Gruppe von Astronomen und jungen Studenten analysierte einige dieser Daten im Rahmen der Schule und entdeckte darin das außergewöhnliche Gravitationslinsensystem – ein klassischer Zufallsfund.

"Als ich mir die HSC-Bilder zusammen mit den Studenten ansah, stießen wir auf eine ringförmige Galaxie und erkannten sie sofort als Zeichen einer starken Gravitationslinse", sagt Masayuki Tanaka, Hauptautor der Veröffentlichung über die Entdeckung des Systems. "Die Entdeckung eines so seltenen Objektes wäre ohne den großen Datensatz nicht möglich gewesen, und wir brauchten auch die tiefen, qualitativ hochwertigen Bilder, um das Licht der weit entfernten Objekte zu erkennen."

Die Studentin Arsha Dezuka, die mit den Daten arbeitete, war über die Entdeckung erstaunt: "Es war das erste Mal, dass ich auf den astronomischen Bildern der Hyper Suprime-Cam etwas gesucht habe, und ich hatte keine Ahnung, was diese ringförmige Galaxie ist", sagt sie. "Es war eine große Überraschung zu erfahren, dass es ein solch seltenes, einzigartiges System ist!"

Ihre Entdeckung

<p>Zuordnung der Mehrfachbilder: Der innere Bogen ist rötlich, der äußere bläulich. Die Kreise zeigen Mehrfachbilder der Hintergrundgalaxien, wobei die grünen und weißen Kreise zum inneren bzw. äußeren gehören. Das gelbe Objekt im Zentrum ist eine massereiche Galaxie bei einer Rotverschiebung von z=0,79, die als Gravitationslinse das Licht der beiden Hintergrundgalaxien ablenkt.</p> Bild vergrößern

Zuordnung der Mehrfachbilder: Der innere Bogen ist rötlich, der äußere bläulich. Die Kreise zeigen Mehrfachbilder der Hintergrundgalaxien, wobei die grünen und weißen Kreise zum inneren bzw. äußeren gehören. Das gelbe Objekt im Zentrum ist eine massereiche Galaxie bei einer Rotverschiebung von z=0,79, die als Gravitationslinse das Licht der beiden Hintergrundgalaxien ablenkt.

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Eine genauere Untersuchung der Bilder zeigte zwei unterschiedliche Bögen bzw. Ringe in verschiedenen Farben. Dies deutet stark darauf hin, dass es sich um zwei verschiedene Hintergrundgalaxien handelt, die durch die Vordergrundgalaxie abgebildet werden. Die Linsengalaxie hat eine spektroskopische Rotverschiebung von z = 0,79 (das heißt, sie ist 6,8 Milliarden Lichtjahre entfernt), wie auf der Basis von Daten aus dem Sloan Digital Sky Survey bestimmt wurde. Weitere spektroskopische Beobachtungen der gelinsten Objekte mit dem infrarotempfindlichen FIRE-Spektrometer des Magellan-Teleskops bestätigten, dass tatsächlich zwei Galaxien hinter der Linse liegen, bei z = 1,30 und bei z = 1,99 (8,9 bzw. 10,5 Milliarden Lichtjahre entfernt).

Drei Galaxien zu haben, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind, aber alle auf einer einzigen Sichtlinie liegen, ist so selten – das ist wie ein Sechser im Lotto“, sagt Sherry Suyu begeistert. Die Wissenschaftlerin und Co-Autorin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik analysierte das Linsensystem und wog die Linsengalaxien mit einer Software, die sie zusammen mit Aleksi Halkola entwickelte. Als sie das Linsensystem zum ersten Mal sah, machte sie ihre Kollegen darauf aufmerksam, dass es wie ein altes ägyptisches Symbol aussieht, das „Auge des Horus“, in Anlehnung an das heilige Auge einer alten ägyptischen Gottheit.

„Das System zeigt einige eigenartige Merkmale, wie beispielsweise das Aufbrechen eines Bildes in zwei Komponenten – ein aufregender Hinweis auf die mögliche Anwesenheit eines unsichtbaren Objekts aus dunkler Materie,“ erklärt Suyu. Dunkle Materie leuchtet nicht und ist nur schwer nachzuweisen – bis jetzt konnte dunkle Materie noch nicht direkt beobachtet werden. „Allerdings kann man durch den Gravitationslinseneffekt der dunklen Materie ihren Einfluss auf die gelinsten Bilder sehen. Unser ‚Auge des Horus‘ liefert uns eine großartige Gelegenheit, sie indirekt zu sehen!“

Die Himmelsdurchmusterung mit der Hyper Suprime-Cam ist bisher nur zu 30% abgeschlossen, sie wird noch mehrere Jahre lang Daten sammeln. Astronomen erwarten noch etwa 10 weitere solcher Systeme zu finden, die wichtige Einblicke in die grundlegende Physik der Galaxien erlauben und uns Aufschluss darüber geben könnten, wie sich das Universum im Laufe der letzten Milliarden Jahre ausgedehnt hat.

 

 

 
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