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Kosmische Fata Morgana
Gravitationslinsen als Werkzeug der Astrophysik
Olaf Wucknitz
13. Oktober 2010
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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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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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 Einstein-Ringe15 Vierfachbilder, Einstein-Kreuz17 Gravitationslinsen als Werkzeug18 Time-Delays19 Sjur Refsdal20 B0218+357: gelinste Version21 B0218+357: ungelinste Version22 Der Mikrolinseneffekt
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23 Extragalaktisches Microlensing24 Microlensing beim Einsteinkreuz25 Galaktisches Microlensing26 Entdeckung eines Planeten von 5.5 Erdmassen27 Kuenstlerische Darstellung28 Galaxienhaufen als Linsen31 Der schwache Linseneffekt32 Dunkle Materie: Bullet Cluster33 Großraumige Massenverteilung34 Gravitationslinsen als naturliches Teleskop35 Wasser im fruehen Universum36 MG0414+0534: Details der Einzelbilder37 Schlusswort38 Background source39 Contents
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