Sterrenkunde koeterwaals – Zwaartekrachtlens

De algemene relativiteitstheorie van Einstein vertelt ons dat materie en energie de ruimtetijd buigen en vervormen. Inderdaad, dit buigen en kromtrekken is precies wat we ervaren als de zwaartekracht, omdat de vervormingen in de ruimtetijd de materie instrueren hoe ze moeten bewegen. Dit buigen geldt niet alleen voor materie maar ook voor licht.

Hubble gebruikt zwaartekrachtslens
Deze Hubble opname toont ons een massieve cluster van sterrenstelsels die ongeveer 4,6 miljard jaar van ons is verwijderd. Aan de rand van de cluster zien we binnen de vier bogen twaalf afbeeldingen. Het zijn kopieën van hetzelfde sterrenstelsel dat PSZ1 G311.65-18.48 wordt genoemd. Twee van de bogen zijn zichtbaar rechtsboven op de afbeelding, de tegenboog bevindt zich linksonder. Deze boog wordt gedeeltelijk aan het oog onttrokken door een heldere ster die zich in ons eigen sterrenstelsel bevindt. Credit: NASA / ESA / Hubble / Rivera-Thorsen et al.

Het betekent dat de zwaartekracht het pad van het licht buigt in een fenomeen dat bekend staat als gravitationele lensing. Dit was een van de eerste voorspellingen van de relativiteitstheorie en een expeditie onder leiding van Sir Arthur Eddington om de buiging van het sterlicht tijdens een totale zonsverduistering waar te nemen, was de eerste test van de beroemde theorie van Einstein.

Er zijn drie soorten zwaartekrachtlenzen, ze worden onderverdeeld naar de sterkte van het effect.

De eerste soort wordt sterke zwaartekrachtlensing genoemd. Astronomen zien dit soort lenzen rond gigantische clusters van sterrenstelsels. Wanneer licht van achtergrondstelsels door of nabij de cluster gaat, buigt en vervormt dat licht en volgt het soms zelfs afzonderlijke banen. Het achtergrondstelsel lijkt dan vervormd en kan in sommige gevallen op meerdere locaties rond de cluster verschijnen.

De tweede soort is veel zwakker en wordt daarom ook zwakke zwaartekrachtlensing genoemd. Deze wordt veroorzaakt door het licht van verre sterrenstelsels dat op weg naar onze telescopen door miljarden jaren aan kosmische structuur gaat. Dit zal de beelden van sterrenstelsels niet zichtbaar vervormen maar ze voorzichtig aanpassen. Astronomen gebruiken deze milde vervorming om de hoeveelheid materie tussen ons en het betreffende sterrenstelsel in te schatten waardoor ze kaarten van het heelal kunnen maken.

De laatste soort wordt microlensing genoemd en zoals de naam al doet vermoeden is dit verreweg de zwakste van de drie. Als een klein object tussen ons en een ster passeert dan lijkt het alsof het beeld van de ster even opflakkert en helderder wordt. Dit komt doordat meerdere lichtstralen van de ster rond het object worden gefocusseerd. Met deze techniek kunnen astronomen dingen ontdekken die anders onzichtbaar zouden zijn, zoals zwarte gaten en planeten die vrij, zonder een ster, door ons sterrenstelsel zwerven.

Dit artikel maakt deel uit van de serie Sterrenkunde – koeterwaals. Het zijn vertaalde en eventueel bewerkte berichten van de rubriek Astronomy 101 van de website UniverseToday