Komisch dubbel zien

Wanneer een sterrenkundige ontdekking binnen tien jaar na het eigenlijke feit in alle leerboeken staat opgenomen, moet er sprake zijn van iets bijzonders. Zo'n ontdekking zal ongetwijfeld de zojuist gerapporteerde structuur in de microgolfachtergrondstraling - als overblijfsel van het ontstaan van het heelal - blijken te zijn (Trouw, 25 april). De ontdekking waar ik hier echter op doel betreft het bestaan van zwaartekracht-lenzen.

Volgens de relativiteitstheorie van Einstein heeft materie invloed op de omringende ruimte. Grote materieconcentraties "buiten" de driedimensionale ruimte naar zich toe. Lichtstralen die zich door de ruimte voortplanten doen dat in een rechte lijn. In een gekromde ruimte is een rechte lijn echter krom! Einstein voorspelde dat de zon, een massaconcentratie van 2x1030 kg, het erlangs scherende licht van sterren zou afbuigen. In 1919, tijdens een zonsverduistering, werd dit effect inderdaad gemeten; Einstein werd hierdoor een beroemdheid. Een andere manifestatie van dit effect is het voorkomen van meervoudige afbeeldingen van een verre quasar. Quasars zijn de verst bekende objecten in het heelal. Meervoudige quasars, welke ontstaan door de lenswerking van materie ergens tussen de aarde en een verre, enkelvoudige quasar werden ontdekt in 1979. De foto toont het licht van quasar H1413+117, welke zich bevindt op een afstand van zo'n zeven miljard lichtjaar. H1413+117 is ongeveer 25000 keer zwakker dan de zwakste ster die we nog met het blote oog kunnen zien.

De foto is drie weken geleden, onder vrijwel ideale omstandigheden, gemaakt met de Nordic Optical Telescope op de sterrewacht van La Palma (Canarische eilanden). Die ideale omstandigheden manifesteren zich in de beeldscherpte van de foto. Doordat de aardatmosfeer zeer stabiel was, en niet in de laatste plaats door de uitmuntende beeldkwaliteit van de 2.5 m (diameter) telescoop kon een foto met grote beelscherpte worden verkregen. En wat zien we: H1413+117 is niet een enkelvoudig, maar een viervoudig object! De ontdekking van het bijzondere karakter van dit object (met een minder scherpe opname) dateert uit 1988, en H1314+117 werd meteen gedoopt als "klaverblad-quasar" . (De detector van de telescoop is overigens verantwoordelijk voor de vierkante beeldpunten op de opname.) Uit spectroscopische waarnemingen bleek daarnaast dat het licht van de vier afzonderlijke componenten tot in detail gelijk is. Dat betekent dat de vier componenten zich vlakbij elkaar, op dezelfde enorme afstand van de aarde bevinden.

Is hier sprake van een kwartet van identieke quasars? Dat zou bijzonder zijn, want quasars vertonen in het algemeen een grote diversiteit. Een alternatieve verklaring is veel waarschijnlijker: ook hier is sprake van een geval van gravitationele-lenswerking van een sterrenstelsel ergens halverwege. Het is natuurlijk goed mogelijk dat ook de originele quasar en het lenzende sterrenstelsel ten dele dan wel zwak zichtbaar zijn. Verre sterrenstelsels zijn echter zeer lichtzwak, en het detecteren van de lenzen zelf blijkt een moeilijke klus. Een (ideale) homogene massa, precies voor de achtergrondquasar zou overigens een ringvormige afbeelding moeten geven. Omdat de natuur ons nu ook weer niet zo behulpzaam is, zien we in het algemeen meervoudige lens-afbeeldingen.

De voet van een wijnglas geeft overigens dezelfde lichtbreking als een zwaartekrachtlens. Als U van boven door een wijnglas naar een donker punt (op een licht vlak) kijkt, zult U een ringvormige of twee sikkelvormige afbeeldingen zien. Zoals al gezegd, in de natuur zijn massa-verdelingen niet zo fraai symmetrisch en zullen de afbeeldingen grilliger zijn.

Zwaartekracht-lenzen zijn interessant vanuit het oogpunt van het mechanisme zelf, maar ook omdat we het licht van een object langs enkele ongelijke, maar ongeveer parallel lopende wegen binnenkrijgen. Voor het bepalen van fysische omstandigheden op kleine schaal in het verre (= vroege) heelal, en voor de bepaling van de kromming van het heelal zelf (ten gevolg van zijn totale zwaartekracht) zijn gravitatielenzen nog eens extra interessant - en hebben ze de leerboeken gehaald.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden