Op 10 februari 2025 stond op nu.nl een artikel over een bijzondere foto gemaakt door de Euclid-telescoop. De foto laat het sterrenstelsel NGC 6505 zien, met daaromheen een grote lichtcirkel. Zie figuur 1. Deze cirkel wordt een Einsteinring genoemd. In deze opdracht gaan we kijken hoe zo’n Einsteinring ontstaat. Voordat we dat kunnen doen, bespreken we eerst kort de algemene relativiteitstheorie.

Algemene relativiteitstheorie
Licht bestaat uit fotonen. Volgens de wetten van Newton heeft de gravitatiekracht geen invloed op licht.
a) Geef aan waarom.
Fotonen hebben geen massa.
Einstein voorspelde in 1916 echter met zijn algemene relativiteitstheorie dat lichtstralen afgebogen worden door zware objecten zoals sterren en zwarte gaten. In figuur 2 zie je de Aarde, de Zon en een ster (niet op schaal) getekend. De lichtstraal van de ster, die door de zon gekromd wordt is (sterk overdreven) getekend.

b) Teken in een print van figuur 2 de schijnbare richting van de lichtstraal, voor een waarnemer op aarde.
Om te testen of de zon het licht van de sterren daadwerkelijk van richting laat veranderen ging Arthur Eddington in 1919 op expeditie om foto’s van de sterrenhemel te maken tijdens een zonsverduistering.
c) Leg uit waarom Eddington wachtte tot een zonsverduistering voordat hij foto’s van de sterrenhemel maakte.
Ondanks dat het licht van de ster door de zon wordt afgebogen, is de ster op een normale dag niet zichtbaar. Het licht van de zon heeft namelijk een veel grotere intensiteit dan het licht van de ster. Tijdens een zonsverduistering wordt het licht van de zon echter tegengehouden. Het is dan wel mogelijk om het afgebogen licht van de sterren waar te nemen.
In de bovenste afbeelding in figuur 3 zie je een deel van een sterrenhemel, zoals deze waargenomen is tijdens een zonsverduistering. In de onderste afbeelding van figuur 3 zie je dezelfde sterrenhemel op een normale avond.

De twee sterren die in de bovenste figuur het dichtst bij de verduisterde zon staan, lijken op een normale avond op een ander plek te staan. Voor zowel de linker als de rechter ster zijn er twee mogelijke posities aangegeven.
d) Leg uit op welke positie je op een normale avond de linker ster ziet (A of B) en op welke positie de rechter ster (C of D).
Zoals te zien in de figuur van vraag b lijken sterren verder weg te staan tijdens een zonsverduistering dan normaal. De positie van de sterren op een normale avond is dus B en C.
Einsteinring
Terug naar het artikel van nu.nl. Op de foto (figuur 1) zie je in het midden een heldere witte punt. Dit is het sterrenstelsel NGC 6505. Volgens het artikel staat dit sterrenstelsel voor kosmische begrippen relatief dichtbij, op ongeveer 590 miljoen lichtjaar van de aarde.
Laten we een klein beetje gevoel krijgen voor de typische afmetingen in ons heelal. Onze zon maakt onderdeel uit van het Melkwegstelsel. Het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel is de Andromedanevel.
e) Zoek op internet op:
- hoe groot het Melkwegstelsel is.
- hoe groot de afstand is tot de Andromedanevel.
Volgens het artikel ontstaat de ring op figuur 1 doordat er achter NGC 6505, op een afstand van 4,42 miljard lichtjaar van de aarde, een ander sterrenstelsel schuilgaat. Dat zou je dus niet kunnen waarnemen. Maar nu komt de theorie van Einstein. Het licht van dit achterste sterrenstelsel wordt afgebogen door NGC 6505. In figuur 4 zijn de Aarde en beide sterrenstelsels (wederom niet op schaal) weergegeven. Er zijn twee lichtstralen getekend, die vanaf het achterste sterrenstelsel op één punt op aarde waargenomen worden.

f) Teken in een print van figuur 4 de schijnbare richting van deze lichtstralen, voor een waarnemer op aarde.
In jouw antwoord op vraag f zie je als het goed is dat het licht dat in werkelijkheid afkomstig is vanaf één punt in het achterste sterrenstelsel, uit twee verschillende punten lijkt te komen. Omdat de twee sterrenstelsels vanaf de aarde gezien precies op een lijn staan, ontstaat er vanuit ons gezichtspunt een ring.
g) Leg nu uit dat je het licht uit het achterste sterrenstelsel als een ring ziet.
Uitwerking vraag (g)
Figuur 4 toont een twee dimensionale afbeelding. Het licht kan echter in elke richting om NGC 6505 heen afbuigen richting de aarde. Er ontstaat dus een lichtpuntje in elke richting om NGC 6505 heen. Die lichtpuntjes samen vormen de ring die je ziet in figuur 1.