Forschungsinteressen von Joachim Wambsganß
Die Hauptforschungsfelder meiner Arbeitsgruppe sind einerseits kosmologische Anwendungen des starken Gravitationslinseneffekts auf Quasare und Galaxienhaufen, mit dem Ziel, die innere Struktur von Quasaren und die Verteilung von Dunkler Materie besser zu verstehen; andererseit sind wir aktiv bei der Suche nach extrasolaren Planeten mit dem Mikrogravitationslinseneffekt. Die von Einstein vorhergesagte Ablenkung von Lichtstrahlen durch Schwerkraft - der Gravitationslinseneffekt - ist eine sehr effiziente Methode für diese Fragestellungen.
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Die Suche nach extrasolaren Planeten mit dem Mikrogravitationslinseneffekt
Beim Mikrogravitationslinseneffekt nutzen wir weit entfernte Sterne im zentralen Bereich der Milchstrasse als "Hintergrundlampen". Wenn ein Vordergrundstern von uns aus gesehen direkt vor einem solchen Hintergrundstern vorbeiläuft, dann wirkt er durch seine Schwerkraft wie eine kosmische Lupe: Wir sehen den Hintergrundstern für ein paar Tage oder Wochen heller als vorher. Die Helligkeitsänderung verläuft auf sehr charakteristische Weise, ähnlich einer Glockenkurve. Wenn nun der Vordergrundstern von einem Planeten begleitet wird, dann kann diese Lichtkurve einen zweiten (oder dritten) Zacken zeigen: Das ist die Signatur, nach der wir suchen. Die Wahrscheinlichkeit für ein solches stellares Mikrolinsenereignis ist sehr gering: Von 1 Million Sternen wird nur einer durch den Mikrolinseneffekt verstärt. Und selbst wenn alle diese Sterne von Planeten umkreist werden, zeigt davon nur jeder 100. die Planetensignatur, weil die exakte Position des Planeten zum Zeitpunkt des Mikrolinsenereignisses wichtig ist. Da aber die Helligkeit von vielen Millionen Sterne permanent gemessen wird, ist es den Astronomen in einer weltweiten Zusammenarbeit gelungen, bisher schon etwa 60 planetare Mikrolinsenereignisse zu entdecken. Eine statistische Analyse unter Leitung meines ehemaligen Postdoc Arnaud Cassan hat ergeben, dass im Mittel jeder Stern in der Milchstrasse von mindestens einem Planeten (mit Neptunmasse oder mehr) umkreist wird: Planeten sind der Normalfall, nicht die Ausnahme! -
(Mikro-)Gravitationslinseneffekt bei Quasaren
Wenn zwischen einem weit entfernten Quasar und uns eine Galaxie steht, dann kann die Schwerkraft dieser Galaxie das Licht des Quasars so ablenken, dass wir zwei oder mehr Bilder dieses Quasars sehen. Das Licht benötigt auf dem einen Weg etwas länger zu uns als auf dem anderen. Wenn wir diesen Time Delay - den Lichtlaufzeitunterschied - messen und die Bildkonfiguration mit unseren theoretischen Modellen qut reproduzieren können, dann ist es möglich, daraus die Hubble-Konstante abzuleiten (eine wichtige Grösse in der Kosmologie, sie beschreibt die Ausdehnung des Weltalls). Die einzelnen Quasar-Bilder ändern ihre Helligkeit aber auch unabhängig voneinander. Dieser Effekt - Microlensing genannt - kommt durch die Lichtablenkung einzelner Sterne in der Linsengalaxie zustande. Aus dem genauen Verlauf dieser Helligkeitsänderungen können wir die Grösse des Quasars ableiten. -
Galaxienhaufen und "Leuchtende Bögen"
Wenn ganze Galaxienhaufen als Gravitationslinsen wirken, dann werden dahinterstehende Galaxien oft so stark verzerrt, dass ihre Form einer Banane ähnelt: Diese Bilder gravitationsgelinster Hintergrundgalaxien werden "leuchtende Bögen" oder "giant arcs" genannt. Oft sind diese Bilder auch viel heller als die ursprüngliche Galaxie, so dass die Einzelheiten viel besser untersucht werden können: Auf diese Weise wird der Galaxienhaufen als "Gravitations-Teleskop" genutzt, wie es schon Fritz Zwicky in den 30er Jahren vorgeschlagen hatte. Mit Hilfe einer statistischen Auswertung der Häufigkeit solcher "Arcs" - durch Vergleich der Beobachtungsergebnisse mit Simulationsrechnungen - kann man wichtige Rückschlüsse auf die kosmologischen Parameter ziehen.
