Een zwaartekrachtlens is een fenomeen vergelijkbaar met de werking van een optische lens, waarin de vervorming van beelden plaatsvindt door de buiging van ruimte en tijd, zoals bijna honderd jaar geleden voorspeld door Einstein. De zwaartekrachtlens in dit geval is een zwaar sterrenstelsel van zo’n duizend miljard keer de massa van de zon, op een afstand van enkele miljarden lichtjaren, die de afbeelding van een ander sterrenstelsel erachter sterk vervormt en zelfs meerdere malen kan afbeelden. Hierdoor ontstaan bogen en in extreme gevallen vormen zich zelfs volledige zogeheten Einstein-ringen.
Zwaartekrachtlenzen kunnen unieke inzichten verschaffen in de eigenschappen van donkere materie, een mysterieuze vorm van massa die tot nu toe alleen nog maar door zijn zwaartekrachtswerking is gevonden. Doordat de werking van zwaartekrachtlenzen ook door donkere materie wordt beïnvloed, vormen ze een manier om donkere materie in detail te bestuderen, onafhankelijk van complexe aannames. De ontdekking van zoveel nieuwe lenzen is de uitkomst van het Sloan Lens ACS (SLACS) project, gestart in 2003, dat informatie van het Sloan Digital Sky Survey en de scherpe beelden van de Hubble Ruimtetelescoop heeft gecombineerd. Daarnaast zijn van een groot aantal van deze lenzen ook spectroscopische opnames gemaakt met de Europese Very Large Telescope (VLT) in Chili en met de Keck-telescopen op Hawaii.
“Met deze verzameling SLACS-zwaartekrachtlenzen kunnen we unieke wetenschap doen, in het bijzonder omdat we voor elke zwaartekrachtlens zowel de afstand tot de lens als die tot het vervormde achtergrondbeeld kennen", zegt Dr. Adam Bolton van de Universiteit van Hawaii. "Door deze afstanden te combineren met de schijnbare grootte van de Einstein-ringen en bogen aan de hemel, kunnen we de massa van het nabije stelsel nauwkeurig bepalen." In veel andere speurtochten naar zwaartekrachtlenzen zijn deze afstanden niet goed of onvolledig bekend, waardoor ook de massa van de lensstelsels niet goed kan worden gemeten.
Teamleider Leon Koopmans: “In combinatie met krachtige analysemethoden die we in Groningen hebben ontwikkeld, zijn we nu in staat gedetailleerde uitspraken te doen over de hoeveelheid donkere materie in deze zware sterrenstelsels en hoe deze is verdeeld”. “We hebben onder andere een heel nauwkeurige relatie ontdekt tussen de totale massa van deze sterrenstelsels en hun lichtkracht. We zien bijvoorbeeld dat zwaardere stelsels steeds meer donkere materie bevatten. Hoewel dit al werd vermoed, hebben we dit nu onomstotelijk kunnen aantonen. Daarnaast gaan we de kleineschaalstructuur in de donkerematerieverdeling bestuderen, die op geen enkele andere manier zichtbaar gemaakt kan worden. Deze substructuur van donkere materie is een unieke voorspelling van donkerematerietheorieën. Mocht deze structuur niet worden gevonden, dan leidt dit onherroepelijk tot een hierziening van ons begrip van donkere materie”, aldus Koopmans.
SLACS
Verzameling van SLACS-zwaartekrachtlenzen. Het lensstelsel is geel-oranje van kleur, het vervormde achtergrondstelsel blauw (Credit: A. Bolton, SLACS/NASA/ESA)
Verzameling van SLACS-zwaartekrachtlenzen. Het lensstelsel is geel-oranje van kleur, het vervormde achtergrondstelsel blauw (Credit: A. Bolton, SLACS/NASA/ESA)