Einstein Zig-Zag: Het eerste zesvoudige zwaartekrachtlensfenomeen

Astronomen hebben met behulp van ruimtetelescoop James Webb de eerste Einstein zig-zag ontdekt: een quasar die zes keer wordt afgebeeld door twee perfect uitgelijnde zwaartekrachtlenzen. Dit zeldzame fenomeen biedt unieke mogelijkheden om fundamentele kosmologische parameters zoals de Hubbleconstante en de eigenschappen van donkere energie nauwkeurig te meten.

Met de ontdekking van het Einstein zig-zag fenomeen heeft Webb wederom bewezen een ongekende blik op ons universum te werpen. Het systeem, bekend als J1721+8842, toont een uitzonderlijke zwaartekrachtlensconfiguratie waarin twee lenzende sterrenstelsels een verre quasar zes keer in één enkele opname afbeelden. Dit zeldzame verschijnsel biedt een unieke kans om cruciale kosmologische mysteries te ontrafelen. Onderzoekers zien het als een nieuwe stap in het oplossen van de ‘Hubble spanning’ – de waargenomen ongelijke tred waarin sterrenstelsels onderling uiteen dijen – en het begrijpen van donkere energie; de nog altijd onbewezen kracht die de versnelde uitdijing van het universum dient te verklaren.

J1721+8842 met de zes verschijningen van de achtergrondquasar aangeduid met A tot F. Afbeelding: NASA/ESA/Dux et al., 2024

Zwaartekrachtlens
Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie veroorzaakt massa een kromming van de ruimtetijd, wat leidt tot het verschijnsel van zwaartekrachtlenzing. Licht van verre objecten volgt deze kromming, wat resulteert in meerdere of vervormde afbeeldingen van een enkel object. Afhankelijk van de uitlijning van de lens en de achtergrondbron kunnen configuraties ontstaan zoals Einstein-ringen, kruisen, of in dit unieke geval een zigzag.

Overzichtsdiagram waarin zwaartekrachtlenzing wordt uitgelegd: het buigen van licht rond een massief object afkomstig van een verre (licht)bron. De oranje pijlen tonen de schijnbare positie van de achtergrondbron. De witte pijlen geven het pad van het licht weer vanuit de werkelijke positie van de bron. Afbeelding: NASA/WikiCommons

Een kosmisch zigzagpad
Het Einstein zig-zag fenomeen ontstaat door een perfect uitgelijnde configuratie van twee zwaartekrachtlenzen. De lichtstralen van een verre quasar worden afgebogen door een dichterbij gelegen sterrenstelsel en vervolgens opnieuw door een tweede lens, wat leidt tot een zeldzame zesvoudige afbeelding van dezelfde quasar. De eerste aanwijzingen voor dit systeem dateren uit 2017, toen het Pan-STARRS-project de quasar aanvankelijk als viervoudig afgebeeld ontdekte. De gevoeligheid van de Webb-telesocop onthulde echter dat een tweede lens aanwezig is, wat het unieke zigzagpad van de lichtstralen verklaart.

J1721+8842 zoals gezien in het Pan-STARRS-project (telescopen op de top van Haleakalā, Maui, Hawaii) in 2017, toen het nog als viervoudige afbeelding werd beschouwd. Foto: Pan-STARRS/Lemon

Een blik op het lensmodel
Om de complexe structuur van J1721+8842 beter te begrijpen, hebben onderzoekers het lensmodel verfijnd met behulp van de nieuwste waarnemingen van Webb’s NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph). Het model, dat zowel meerdere lenzen als externe verstoringen integreert, verklaart hoe de zesvoudige lensbeelden worden gevormd. In de linkerafbeelding zien we een legenda voor de Webb-opname van J1721+8842; kritieke lijnen in het lensvlak (rood) en lichtfocuslijnen in het bronvlak (groen) markeren gebieden waar lichtstralen extreme buiging ondergaan. De voorspelde beeldposities (zwarte cirkels) komen opmerkelijk goed overeen met de waargenomen posities (blauwe kruisen). Rechts is een schematische weergave van de optische paden zichtbaar: het zigzagpad van de lichtstralen (D en F) is weergegeven in roze en blauw, veroorzaakt door de complexe interactie van zwaartekrachtlenzen en ruimtelijke expansie. Dit model illustreert niet alleen de schoonheid van zwaartekrachtlensverschijnselen, maar ook hun waarde als kosmische laboratoria voor fundamenteel astronomisch onderzoek.

Links: Legenda of ‘magnificatiekaart’ met kritieke lijnen (rood) en ‘caustics’ / lichtfocuslijnen (groen). De voorspelde beeldposities (zwarte cirkels) reproduceren nauwkeurig de waargenomen posities (blauwe kruisen). Rechts: Optische paden van de gelensde beelden. De zigzagpaden (roze en blauw) tonen hoe lichtstralen door meerdere zwaartekrachtlenzen worden afgebogen. Afbeeldingen: NASA/ESA/Dux et al. 2024

De ontdekking van J1721+8842 als het eerste Einstein zig-zag markeert een mijlpaal in de astronomie en kosmologie. Het systeem biedt niet alleen een nieuwe manier om fundamentele natuurconstanten te meten, maar ook een kans om de eigenschappen van verre sterrenstelsels en quasarlicht te onderzoeken. Hoewel de Webb-telescoop essentieel was voor deze ontdekking, verwachten wetenschappers dat toekomstige onderzoeken met bredere sky surveys – zoals de Euclid-missie en het Vera C. Rubin Observatory – nog meer van deze zeldzame fenomenen zullen onthullen. Het Einstein zig-zag is niet alleen een natuurkundige curiositeit, maar een krachtig hulpmiddel in het oplossen van de grootste kosmologische mysteries.

Wil je meer weten over zwaartekrachtlenzende Einstein figuren? Lees ons eerdere artikel over Einstein-ringen of deze over Einstein kruisen.

De afgelopen decennia hebben ruimtetelescopen en satellieten prachtige foto’s gemaakt van nevels, sterrenstelsels, stellaire kraamkamers en planeten. Ieder weekend halen we een indrukwekkende ruimtefoto uit het archief. Genieten van alle foto’s? Bekijk ze op deze pagina. Heb je zelf mooie ruimtefoto’s van de hemel of de ruimte, meteorieten, kometen, of anderszins die je wil delen met ons? Stuur ze in via ons mailadres o.v.v. ‘Ruimtefoto’.

Bronmateriaal

"J1721+8842: The first Einstein zig-zag lens" - Arxiv.org
Afbeelding bovenaan dit artikel: NASA/ESA/Dux et al., 2024

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd