Auch fünfzig Jahre nach seinem Tod dienen die Erkenntnisse Einsteins noch immer als wichtige Schrittmacher für neue Entdeckungen. Ein internationales Team von Astronomen hat jetzt erstmals das von Einstein im Jahr 1936 postulierte Phänomen der Gravitationslinsen eingesetzt, um die Form von Sternen zu bestimmen.
Die meisten Sterne erscheinen von der Erde aus gesehen als punktförmige Lichtquellen am Himmel und dies macht es schwer, ihre genaue Form zu ermitteln. Auch durch Fortschritte in der optischen Interferometrie konnten bisher nur einige wenige Sterne vermessen werden. Doch die Kenntnis der Sternenformen ist wichtig, um unter anderem theoretische Modelle zu testen.
Himmelkörper „biegt“ Lichtstrahl
Zum ersten Mal hat nun ein Astronomenteam unter der Leitung von N.J. Rattenbury vom Jodrell Bank Observatorium die Gravitationslinsentechnik für diese Vermessung eingesetzt. Die Verfahren fußt auf der Beugung von Lichtstrahlen durch die Schwerkraft: Passiert ein Lichtstrahl von einem entfernten Stern einen massiven Himmelskörper im Vordergrund nahe genug, wird er leicht aus seiner Bahn abgelenkt. Als Folge erscheint das Bild des Sterns von der Erde aus betrachtet verändert.
Ist das Vordergrundobjekt – die Gravitationslinse – punktförmig und direkt in einer Linie mit Erde und Stern, erscheint das Bild des Sterns ringförmig, der so genannte „Einstein-Ring“. In den meisten Fällen allerdings ist die Veränderung komplexer. Im so genannten gravitationalen Microlensing reicht die Anziehungskraft des Vordergrundobjekts zwar nicht aus, um ein auflösbares Bild des Hintergrundsterns darzustellen, dafür aber ist das verzerrte Sternenabbild etwas heller als die nicht durch die Linse verstärkte Lichtquelle. In einigen Fällen wirkt diese kosmische „Vergößerungslinse“ so stark, dass die Helligkeit der Hintergrundquelle um das Tausendfache erhöht wird.
Astronomen setzten die Mikrolinsentechnik bisher ein, um nach Dunkler Materie in der Umgebung unserer Milchstraße und anderer Galaxien zu suchen, aber auch um extrasolare Planeten zu entdecken. Rattenbury und seine Kollegen konnten nun zum ersten Mal auch die Form eines Sterns mit diesem Verfahren bestimmen. Sie nutzten dabei eine als MOA-33 bezeichnete Mikrolinsen-Konstellation und kombinierten die Beobachtungen von fünf Teleskopen auf der Erde mit denen des Hubble Weltraumteleskops, um das Ereignis grundlegend zu analysieren.
Doppelstern als Linse
Als “Linse” von MOA-33 diente ein Doppelsternensystem, dessen Verzerrung dank seiner speziellen Geometrie und der Konstellation zu Hintergrundsternen und Erde Rückschlüsse auf die Form des Hintergrundsterns zuließ. Normalerweise gehe Astronomen von einem sphärischen Stern als Lichtquelle aus, in diesem Fall jedoch wollten sie es genauer wissen und testeten einige Parameter, die mehr über die Form verrieten.
Ausgehend von diesen Daten schätzen die Astronomen den Hintergrundstern als leicht länglich ein, mit einem Verhältnis von polarem zu äquatorialem Radius von 1,02. Allerdings können sie angesichts einer Fehlertoleranz von 0,02 nach unten und 0,04 nach oben auch eine Kugelform nicht völlig ausschließen. Doch trotz dieser Unsicherheiten haben die Forscher damit erstmals belegt, dass Einsteins kosmische Linsen im Prinzip auch zum Ermitteln der Form von Sternen eingesetzt werden können, die bisher zu weit entfernt waren, um sie mit den herkömmlichen Methoden wie der Interferometrie zu vermessen.
Allerdings ist die Vermessung mittels Mikrolinsen auf sehr spezifische und daher seltene Konstellationen angewiesen. Die Astronomen schätzen, dass nur rund 0,1 Prozent aller Mikrolinsenereignisse die erforderlichen Eigenschaften aufweisen. In jedem Jahr werden jedoch nur rund 1.000 Mikrolinsen überhaupt beobachtet – nach Ansicht der Forscher könnte sich diese Zahl jedoch in Zukunft dank besserer Technologien deutlich erhöhen.
(Journal Astronomy and Astrophysics, 31.05.2005 – NPO)
