Kosmische Fata Morgana

Gravitationslinsen als Werkzeug der Astrophysik

Olaf Wucknitz

12. April 2011

Gravitationslinsen

• Geschichte und Theorie

Worum geht es?

• Beispiele von Gravitationslinsen

Wie sieht das aus?

• Astronomische Anwendungen

Was soll das?

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Luftspiegelungen

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Gravitationslinsen: Geschichte

• 1704

Isaac Newton: Do not bodies act upon light at a distance, and

by their action bend it’s rays; and is not this strongest at the

least distance?

• ca. 1784

Henry Cavendish: Erste Berechnungen zur Lichtablenkung im

Gravitationsfeld

• 1801

Johann Soldner: Uber die Ablenkung eines Lichstrahls von seiner

geradlinigen Bewegung durch die Attraktion eines Weltkorpers,

an welchem er nahe vorbeigeht

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Das Teilchenbild

sehr schnellschnellerlangsam

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Lichtablenkung

α

Soldner 1801

(Newton)

α = 2Gc2

Mr −→

Einstein 1915

(Relativitatstheorie)

α = 4Gc2

Mr

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Lichtablenkung am Sonnenrand

• Hintergrundsterne

nahe Sonnenrand

• Vergleich mit Positi-

on ohne Sonne

• Sonnenfinsternis

notig!

• Ablenkwinkel 0.′′87 oder 1.′′74

• 1′′ = 1◦/3600, Sonnendurchmesser /1800, 1 Euro aus 5 km

• Sonnenfinsternis 1919: Einsteins Wert stimmt!

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New York Times 10. November 1919

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Doppelbilder

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Der Doppelquasar Q0957+561

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Q0957+561: Spektren

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Einstein-Ringe

• Symmetrie:

keine Einzelbilder

sondern Ring

• Chwolson (1924)

• Einstein (1936)

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Vierfachbilder, Einstein-Kreuz

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Gravitationslinsen als Werkzeug

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‘Time-Delays’

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• Entfernungen schwer messbar

• Lichtlaufzeiten der Bilder unterschiedlich

• Maßstab aus Lichtlaufzeitunterschied

Entfernungsbestimmung! (Refsdal 1964)

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Sjur Refsdal

1935 – 2009

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B0218+357: gelinste Version

[ Wucknitz et al. (2004) ]

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B0218+357: ungelinste Version

[ Wucknitz et al. (2004) ]

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Der Mikrolinseneffekt

• Makrolinseneffekt: Massen auf Skalen von

Galaxien oder Galaxienhaufen

• Mikrolinseneffekt (“microlensing”): Einfluß

einzelner Sterne

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Extragalaktisches Microlensing

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Microlensing beim Einsteinkreuz

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

19

18.5

18

17.5

17

16.5

A

B

C

D

1997 2006

Hel. J.D. - 2450000

V (

mag)

[ Udalski et al. (2007) ]

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Galaktisches Microlensing

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Entdeckung eines Planeten von 5.5 Erdmassen

Beaulieu et al. (2006)

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“Kunstlerische Darstellung”

ESO Pressemitteilung 03/06

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Galaxienhaufen als Linsen

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Bestimmung der Massenverteilung im Galaxienhaufen

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Der schwache Linseneffekt

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Dunkle Materie: Bullet Cluster

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Großraumige Massenverteilung

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Gravitationslinsen als naturliches Teleskop

• Der Gravitationslinseneffekt

? verzerrt

? erzeugt Mehrfachbilder

? vergroßert

? verstarkt

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Wasser im fruhen Universum

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MG0414+0534: Details der Einzelbilder

Mill

iAR

C S

EC

MilliARC SEC160 140 120 100 80 60 40 20

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

Mil

liA

RC

SE

C

MilliARC SEC60 40 20 0 -20 -40 -60

-80

-100

-120

-140

-160

-180

-200

Mill

iAR

C S

EC

MilliARC SEC100 50 0 -50

60

40

20

0

-20

-40

-60

Mill

iAR

C S

EC

MilliARC SEC30 20 10 0 -10 -20

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

Filom

ena

Volin

o

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Neue Radiobeobachtungen: e-MERLIN

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Der Doppelquasar mit e-MERLIN ( + HST)

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LOFAR

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LOFAR-Station in Effelsberg vom 100m aus

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Effelsberg 100m von der LOFAR-Station aus

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Radioquelle 3C196

LOFAR international LOFAR-NL

Auflosung: 0.′′35 11′′

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Schlusswort

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Contents

1 Gravitationslinsen2 Luftspiegelungen5 Gravitationslinsen: Geschichte6 Das Teilchenbild7 Lichtablenkung8 Lichtablenkung am Sonnenrand9 New York Times 10. November 1919

10 Doppelbilder11 Der Doppelquasar Q0957+56112 Q0957+561: Spektren13 Einstein-Ringe16 Vierfachbilder, Einstein-Kreuz18 Gravitationslinsen als Werkzeug19 Time-Delays20 Sjur Refsdal21 B0218+357: gelinste Version22 B0218+357: ungelinste Version

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23 Der Mikrolinseneffekt24 Extragalaktisches Microlensing25 Microlensing beim Einsteinkreuz26 Galaktisches Microlensing27 Entdeckung eines Planeten von 5.5 Erdmassen28 Kuenstlerische Darstellung29 Galaxienhaufen als Linsen32 Der schwache Linseneffekt33 Dunkle Materie: Bullet Cluster34 Großraumige Massenverteilung35 Gravitationslinsen als naturliches Teleskop36 Wasser im fruehen Universum37 MG0414+0534: Details der Einzelbilder38 Neue Radiobeobachtungen: e-MERLIN39 Der Doppelquasar mit e-MERLIN ( + HST)40 LOFAR41 LOFAR-Station in Effelsberg vom 100m aus42 Effelsberg 100m von der LOFAR-Station aus43 Radioquelle 3C19644 Schlusswort45 Hintergrundquelle

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46 Contents

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