Mikrolinsenereignisse

Hufeisenfürmiger Einstein Ring, aufgenommen vom Hubble Weltraumteleskop; Credit: ESA/Hubble & NASA

Der Mikrolinseneffekt (engl. Microlensing) ist ein astronomisches Phänomen, das durch den Gravitationslinseneffekt verursacht wird. Eine Gravitationslinse ist eine Masse oder Masseverteilung (z.B. eine schwarzes Loch oder eine Galaxie), die sich zwischen einer sehr weit entfernten Lichtquelle und einem Beobachter befindet. Durch die von der Einsteinschen Relativitätstheorie postulierte Raumkrümmung lenkt eine solche Masseverteilung Licht, das in unmittelbarer Nähe vorbeizieht minimal ab. Das Ergebnis sind ringförmige Strukturen, wie sie im Bild oben zu sehen sind oder Mehrfachbilder von sehr weit hinter der Gravitationslinse liegenden Objekten (siehe Einsteinkreuz im Bild unten).

Das Einsteinkreuz ist eine Struktur am Himmel in der das Licht eines sehr weit entfernten Quasars durch eine im Vordergrund befindliche Galaxie in einer Art und Weise abgelenkt wird, das vier in Kreuzform angeordnete Bilder des Quasars entstehen. (Der Quasar liegt exakt in einer Linie mit der Linsengalaxie und der Erde)

Beim Mikrolinseneffekt ist das, durch die Gravitastionslinse erzeugte Bild so klein, das es mit Teleskopen nicht aufgelöst werden kann. Anstelle dessen wird lediglich eine kurzzeitige Helligkeitszunahme beobachtet. Wenn bei einem solchen Ereignis die Gravitationslinse und das Hintergrundobjekt sehr nah aneinander vorbeiziehen, so hat der Helligkeitsverlauf eine charakteristische Form. Da Mikrolinsenereignisse selten sind, finden Beobachtungen häufig in Richtung des galaktischen Zentrums statt, da dort die Sternendichte größer ist und dadurch entsprechende Ereignisse häufiger beobachtbar sind.

Auf die Exoplanetensuche angewandt bedeutet das: Wenn ein weit entfernter Stern hinter einem Planetensystem vorbeizieht, kann es durch den Gravitationslinseneffekt zu einer Erhöhung der beobachtbaren Helligkeit des Sterns kommen. Der Helligkeitsverlauf sieht dabei ähnlich dem Verlauf einer Glockenkurve aus. Besitzt der als Gravitationslinse dienende Stern Planeten, so kann es an den Planeten ebenfalls zu Gravitationslinseneffekten kommen, die den Helligkeitsverlauf kurzzeitig stark ändern. Dieser Effekt dauer ungefähr einen Tag und verursacht zwei starke Helligkeitsantieg im Abstand von Tagen.

Ein Vorteil der Exoplanetensuche mit Mikrolinsenereignissen ist, dass die Ereignisse geeignet sind, Planeten zu entdecken, die sich weit vom Zentralstern entfernt befinden und eine vergleichsweise gering Masse haben (mehrerer Erdmassen). Somit können Exoplaneten entdeckt werden, die für andere Verfahren unsichtbar bleiben.

Der Nachteil von Mikrolinsenereignissen ist, das sie extrem selten sind und sich, bezogen auf ein die Kombination von Exoplanetensystem und Hintergrundstern nicht wiederholen. Für einen Stern ist die Wahrscheinlichkeit, das er zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Mikrolinseneregnis verursacht 10^-6. Um die Chance zu erhöhen ein solches Ereignis zu erfassen werden Millionen von Sternen gleichzeitig beobachtet.

Durch Microlensing am Exoplaneten kommt es zu einer kurzzeitigen Erhöhung der gemessenen Lichtstärke während eines Gravitationslinsenereignisses.

Die folgende Animation zeigt die künstlerische Darstellung des Mikrolinsenereignisses an einem Exoplaneten. Das Ereigniss zeichnet sich durch einen scharfen Anstieg der gemessenen Gesamthelligkeit des Planetensystemes aus.

Darstellung eines Mikrolinsenereignisses an einem Exoplanetensystem. (Quelle: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab; Walt Feimer, Scott Wiessinger, Neil Gehrels) Zusammenfassung:
  • Kleine Exoplaneten in großer Entfernung entdeckbar (galaktisches Zentrum)
  • Kleine Planeten in großer Entfernung vom Zentralstern können aufgespürt werden.
  • Microlensing Ereignisse sind sehr seltene Einmalereignisse.

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