• Author / Uploaded
• Adriel Cerrud

Citation preview

(Consultamos a Wikipedia) En astrofísica una lente gravitatoria, también denominada lente gravitacional, se forma cuando la luz procedente de objetos distantes y brillantes como quasars se curva alrededor de un objeto masivo (como una galaxia) situado entre el objeto emisor y el receptor. Las lentes gravitacionales fueron predichas por la teoría de la Relatividad General de Einstein. En el año 1919 se pudo probar la exactitud de la predicción. Durante un eclipse solar el astrónomo Arthur Eddington observó cómo se curvaba la trayectoria de la luz proveniente de estrellas distantes al pasar cerca del Sol, produciéndose un desplazamiento aparente de sus posiciones. Los fenómenos de lentes gravitatorias pueden utilizarse para detectar la presencia de objetos masivos invisibles, tales como agujeros negros, materia oscura e incluso planetas extrasolares. En el ejemplo de la izquierda, la Tierra (Focus), el objeto masivo que hace de lente, y el objeto están alineados. En estos casos muy raros la posición aparente del objeto toma la forma de un anillo (Anillo de Einstein, predicho mucho antes de su descubrimiento). La mayor parte de los casos reales no se observa el anillo completo.

La foto muestra un anillo incompleto formado por la imagen distorsionada de una galaxia lejana azul, alrededor de otra galaxia (lente) más cercana. La imagen es parte de las que se están compilando con datos del Telescopio Espacial Hubble e imágenes del SDSS (Sloan Digital Sky Survey), como se puede ver en la imagen inferior donde se muestran una serie de lentes gravitatorias.

El esfuerzo de este proyecto está centrado en la determinación de la masa y las distancias de las galaxias intervinientes. El brillo aparente de la fuente del fondo cuya imagen se ve muy distorsionada, es incrementado por el fenómeno hasta unas 30 veces (3,7 magnitudes)

Las imágenes del HST traen una cantidad de lentes gravitacionales nunca vista. En la foto derecha y en la de abajo pueden percibirse varias imágenes de galaxias distorsionadas cuya deformación fue producida por una cantidad de lentes superpuestas. Para comprobarlo basta con buscar los centros de curvatura de cada imagen deformada. La Cosmología explota el fenómeno para determinar la masa de los cúmulos de galaxias (donde se detecta una gran proporción de materia oscura), que también crean el efecto sobre galaxias y quasars del fondo. Estos objetos suelen tener imágenes que no completan un círculo completo (anillo de Einstein). En la imagen de la izquierda puede observarse una galaxia de fondo estirada con un formato casi recto (en el centro) y otra muy notable a la derecha mostrando una gran deformación.

Hay tres clases de fenómenos de lente gravitacional:

 Fuerte: distorsiones fácilmente visibles tales como formación de anillos de Einstein, arcos y múltiples imágenes.  Débiles: distorsión débil de los objetos de fondo que puede ser detectada únicamente analizando un gran número de los objetos de fondo.  Microlente: sin distorsión aparente en la forma pero con variaciones débiles de la intensidad de luz de los objetos de fondo. Esto permite poder

Una lente gravitacional actúa en todo tipo de radiación electromagnética y no únicamente en luz visible. De hecho, este tipo de lentes carecen de aberración cromática, es decir, su efecto no depende de la longitud de onda de la luz sobre la que actúan, sino que es igual para todos los rangos del espectro electromagnético, sea éste óptico, infrarrojo, ultravioleta o cualquier otro.

analizar los objetos amplificados por la lente mediante las técnicas habituales de fotometría o espectroscopía astronómicas. Efectos de lentes gravitacionales han sido propuestos sobre el CMB y sobre algunas observaciones de radio y rayos X.

El HST capturó esta imagen casi completa del anillo en la Galaxia Herradura, donde se ven muchos detalles de la galaxia deformada.

Últimamente se está logrando mapear la masa que está interpuesta entre nosotros y las galaxias (o quasars) distorsionados por el efecto de lente débil (pequeños arcos). Con ello se han podido encontrar cuerpos de materia oscura, que de otro modo serían indetectables. Un caso ejemplar lo muestra el Bullet Cluster (Cúmulo Bala) a la izquierda, donde el gas del cúmulo está en rojo y la MO en azul. Hay evidencia para suponer que esta imagen representa a una etapa posterior del choque de dos cúmulos, que se atravesaron. En la simulación se puede ver este proceso. Las galaxias individuales de los cúmulos son invisibles por su lejanía. Siempre la MO y la bariónica van juntas. Pero en la colisión el gas choca y se frena por la propia viscosidad del mismo. Pero la MO no sufre ninguna interacción, ni con el gas ni consigo misma. Por ello, la inercia luego del choque hace que pueda alejarse más que el gas, y por ello se muestra una separación entre el gas y la MO. El fondo de galaxias próximas lo provee una imagen óptica telescópica del lugar. El gas (rojo) está detectado por el Observatorio Espacial Chandra de rayos X. Y la Materia Oscura (azul) es una estimación realizada por un programa que analiza las imágenes distorsionadas por el lente G causado por los cúmulos sobre galaxias del fondo.

Para analizar como se comporta una lente gravitacional podemos establecer una relación entre la masa M de la lente, la distancia x entre un rayo cualquiera y la desviación angular a que sufre luego de pasar por el plano de la lente. Se simplifica el esquema suponiendo que toda la masa está contenida en el “plano de la lente”, sin cometer un error apreciable.

a  radianes  

4GM x 4GM  2 2 x c x c2

4GM o QSO 2237+0305 es una La Cruz de Einstein o Q2237+030 a  radianes    4rGMr c rc imagen distorsionada de un quasar por una lente gravitacional llamada ZW 2237+030, Lente de Huchra. Cuatro imágenes de un quasar distante que aparecen alrededor de laguna galaxia más cercana, debido al efecto de lente gravitacional fuerte. 2 2

2

El quasar está a unos 8 Giga años luz de nosotros, mientras que la galaxia que hace de lente está a 400 Mega años luz. La dimensión aparente de la galaxia es de 0,87 x 0,34 minutos de arco, mientras que la dimensión aparente de la cruz en su centro es de solo 1,6 x 1,6 segundos de arco. Se la encuentra en Pegaso en AR: 22h40m30.3s Decl: +3º21m31s. Las imágenes individuales son: A hasta D (ejemp. QSO 2237+0305 A). La galaxia Lente esQSO 2237+0305 G. (QSO: Quasi Stellar Object)

Otra visión de la Cruz de Einstein, que aquí se nota que está totalmente contenida en la galaxia lente más cercana. La especial geometría (no circular) de la lente, dada por la distribución de masa sobre el plano del cielo, es la causante de cuadruplicar la imagen del quasar lejano.

Cúmulo de Galaxias

Quasar

Tierra

Lente

Cuando la Lente G está constituída por un cúmulo de galaxias navegando entre un gran halo de materia oscura, la lente es distribuida (no es puntual). El trazado de rayos tiene peculiaridades especiales que muestran que donde los rayos llegan a la Tierra como divergentes (se abren) la luminosidad aparente de la imagen distorsionada aumenta de brillo Animación Cúmulo de Galaxias