Licht auf krummen Touren

Der Sternenhimmel im Februar 2019

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Bei einem tiefen Blick ins Weinglas verzerrt sich die Wirklichkeit bisweilen außerordentlich. Grund dafür ist aber nicht (allein) der Alkohol. Denn der Fuß eines Weinglases agiert durch seine Form als optische Linse und lässt darunter liegende Strukturen – etwa auf der Tischdecke – sichel- oder ringartig erscheinen. Ganz ähnlich geformte Abbilder, nämlich von Galaxien, zeigen sich in Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops. Doch anders als bei einem Weinglas ist hier die Schwerkraft im Spiel.

Nachgewiesen wurde dieser so genannte Gravitationslinseneffekt erstmals bei einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919 . Sterne, die während der Verdunklung der Sonne durch den Mond an deren Rand sichtbar wurden, erschienen in ihrer Himmelsposition ein klein wenig versetzt zu ihrem eigentlichen Ort am Firmament. Die Beobachtung lieferte die erste Bestätigung dieses von Albert Einstein in seiner 1915 veröffentlichten allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Phänomens.

Nach dem neuen Verständnis des Kosmos war der Raum kein starres Gebilde mehr, das unabhängig von der Zeit existierte, wie man es sich bis dahin vorgestellt hatte. Vielmehr wurden Raum und Zeit von da an als ein vierdimensionales, dynamisches Kontinuum gesehen. Dieses Raumzeitgefüge verformte sich durch die Gegenwart von Masse, und Materie folgte wiederum – ebenso wie Licht – diesen Krümmungen auf ihrem Weg durch die Raumzeit.

In den Weiten des Universums führt dies bisweilen zu bizarren Erscheinungen. Dort fungieren Galaxien oder sogar große Galaxienansammlungen als starke Gravitationslinsen. Sie verformen die Raumzeit in ihrer Umgebung merklich und bringen das Licht so von seiner ursprünglichen Bahn ab. Licht von Objekten, die hinter einer solchen Materieansammlung liegen, wird auf dem Weg zu uns umgelenkt und ähnlich wie bei einer optischen Linse gebündelt und verstärkt. Das Bild der Hintergrundquelle erscheint für den Beobachter verzerrt oder sogar in mehrfacher Gestalt. In besonderen Fällen entsteht als Abbild ein Ring, der so genannte Einstein-Ring, oder ein kreuzartig angeordnetes Vierfachbild, das Einstein-Kreuz.

Die Massenverteilung im Galaxiencluster MCS J0416.1?2403, ermittelt aus Beoabchtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop und Modellierungen der Gravitationslinse.
Die Massenverteilung im Galaxiencluster MCS J0416.1?2403, ermittelt aus Beoabchtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop und Modellierungen der Gravitationslinse.

Kosmologen machen sich den Gravitationslinseneffekt zu Nutze, um die Struktur des Universums zu studieren. Anhand der Art der Verzerrung und der Positionen der einzelnen Abbilder zueinander lässt sich auf die Masse schließen, die den Gravitationslinseneffekt verursacht, sowie auf deren räumliche Verteilung. Diese haben Astronomen beispielsweise für den Galaxienhaufen MCS J0416.1-2403 in Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops besonders genau bestimmt. 160 Billionen Sonnenmassen sind darin enthalten. Dabei handelt es sich jedoch nur zum Teil um gewöhnliche Materie. Ein Großteil besteht aus dunkler Materie, in die die sichtbaren Galaxien eingebettet sind. Dunkle Materie ist nicht im elektromagnetischen Spektrum sichtbar, beeinflusst aber die gewöhnliche Materie über die Schwerkraft. Ihre wahre Natur kennen die Forscher bisher nicht.

Außerdem lässt sich anhand von Mehrfachbildern, die der Gravitationslinseneffekt entstehen lässt, die Expansion des Universum über große Distanzen bestimmen: Die Lichtwege für die verschiedenen Abbilder sind unterschiedlich lang, daher unterscheiden sich auch die jeweiligen Lichtlaufzeiten. Diese Differenz lässt sich ermitteln, wenn die Hintergrundquelle ihre Helligkeit ändert. Hierzu eignen sich etwa Quasare, aktive Galaxien also, die immer wieder hell aufflackern. Dieses Aufflackern tritt in den einzelnen Teilbildern des Quasars wegen der verschiedenen Lichtlaufzeiten zeitlich versetzt auf. Aus diesen Messungen und einer Modellierung der Massenverteilung der Gravitationslinse können die Forscher dann die Expansionsrate des Universums berechnen.

Doch auch auf kleinerer Skala liefert diese Methode neue Erkenntnisse. Mit dem so genannten Microlensing-Effekt suchen Astronomen beispielsweise nach Exoplaneten bei fernen Sternen. Zieht ein Stern vor einem anderen vorüber, wird das Licht des Hintergrundsterns durch den vorderen abgelenkt und je nach Masse in einem bestimmten Maße verstärkt. Besitzt der Vordergrundstern zudem Planeten, macht sich auch deren Masse in der Lichtvariation bemerkbar. Von den aktuell 3976 bekannten Exoplaneten in der Milchstraße wurden 89 auf diese Weise entdeckt. Eine Suche mit dieser Methode nach Planeten außerhalb unserer Galaxis, etwa in der Andromedagalaxie, blieb bislang hingegen erfolglos.

Der Sternenhimmel Anfang Februar gegen 22:30h MEZ über Frankfurt am Main.
stellarium/F.Mokler

Die Position der Sternbilder

Am Februarhimmel warten die klassischen Wintersternbilder auf. Im Nordwesten verabschiedet sich die Herbstkonstellation Pegasus zu Beginn der Nacht und zieht Andromeda hinter sich her. Deutlich höher steht noch der Perseus. Im Westen gehen langsam die Fische unter. Im Süden bietet das markante Wintersechseck Orientierung: Seine Ecksterne sind Aldebaran, das blutunterlaufene Auge im Stier, Kapella, der Hauptstern im Fuhrmann, Pollux in den Zwillingen, Prokyon im kleinen Hund, Sirius im großen Hund und Rigel im Orion. Weiter im Osten treffen wir auf der Ekliptik auf Krebs und Löwe. Im Nordosten steigt Bootes, der Bärenhüter, mit Arktur empor.

Lauf des Mondes

Am 4. Februar hält sich der Erdtrabant zu Neumond im Sternbild Steinbock auf. Am 12.2. tritt der zunehmende Halbmond in den Stier ein. Der Vollmond am 19. Februar ist im Löwen anzutreffen. Der wieder abnehmende Halbmond steht am 26.2. im Schlangenzräger.

Lauf der Planeten

Merkur ist ab Mitte Februar in der Abenddämmerung tief im Westen anzutreffen. Venus erstrahlt auch im Februar im Südosten am Morgenhimmel. Der rötliche Mars gesellt sich an den westlichen Abendhimmel. Wieder am frühen Morgenhimmel findet sich der Gasriese Jupiter ein. Etwas später geht auch der Ringplanet Saturn im Südosten auf. Uranus zieht zu Monatsanfang von den Fischen in den Widder. Neptun kann im Sternbild Wassermann mit einem Fernglas oder Teleskop aufgesucht werden.

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