¿Qué es la lente gravitacional?

La lente gravitacional es el efecto que tienen grandes cantidades de gravedad en el camino de la luz. He aquí un ejemplo del efecto:

La animación muestra un agujero negro que pasa frente a una galaxia (simulado). En teoría, cualquier objeto con una densidad de masa superficial mayor que la densidad de masa superficial crítica podría producir efectos similares.

Lo que sucede es que la luz va en línea recta a lo largo del tejido del espacio-tiempo. Cuando un objeto muy masivo está en la tela, la tela se dobla; dado que la luz sigue una línea recta sobre la tela , la línea también se dobla. Esto significa que la luz va en una línea no recta y, por lo tanto, un efecto de lente.

La lente gravitacional es la curvatura de la luz por parte de objetos masivos entre el observador (nosotros) y una fuente de luz de fondo. Es una predicción directa de la teoría de la Relatividad General de Einstein, y fue probada y confirmada por Sir Aurther Eddington durante la famosa exlipse solar del 29 de mayo de 1919 , donde se observó la posición aparente de una estrella muy cercana al sol en un lugar diferente . - GR predijo con éxito la posición exacta.

Hay muchas situaciones que pueden dar lugar a lentes gravitacionales. Estos regímenes son:

Lente fuerte

La lente fuerte es la forma de lente gravitacional más impresionante visualmente y, como su nombre indica, requiere un objeto extremadamente masivo y una gran alineación entre la lente y la fuente. Los cúmulos de galaxias son la causa más común de una fuerte lente gravitacional. Los arcos parciales, los arcos completos ( anillos de Einstein ) y las imágenes múltiples son características fuertes de lentes gravitacionales que se pueden observar. Algunos de los objetos más comúnmente estudiados que producen fuertes características de lentes gravitacionales son los cúmulos de Abell , el más famoso de los cuales es Abell 1689 (imagen a continuación).

Las características de lentes fuertes, como arcos y anillos, generalmente se deben a objetos extensos (como galaxias de fondo que no forman parte del cúmulo en sí), y las imágenes múltiples (en su mayoría sistemas de imágenes cuádruples) son típicamente objetos como cuásares de fondo.

Lente débil

La lente gravitacional débil ocurre con mucha más frecuencia que la lente fuerte. Las lentes pueden ser cúmulos (en sus regiones exteriores), galaxias individuales o incluso estructuras a gran escala en el universo. La lente débil no es un efecto perceptible a simple vista, sino que debe hacerse estadísticamente. Las elipticidades de un campo de galaxias de fondo se observan en una cuadrícula y se promedian estadísticamente para crear la señal de lente débil. Las distorsiones de forma de estas galaxias de fondo debido a la formación de lentes están en la escala porcentual. Sin embargo, se hace una suposición importante, y es que las isófotas (líneas de luz constante) de las galaxias son elípticas y sus orientaciones son completamente aleatorias. Con eso, cualquier redel corte tangencial producido se debe a lentes gravitacionales. En la imagen de abajo (de arriba a la izquierda a abajo a la derecha), el marco superior izquierdo muestra un campo sin lentes de galaxias circulares, y a su derecha inmediata muestra el efecto de la lente. La imagen en la parte inferior derecha ha agregado ruido de forma (un campo 'realista' de galaxias de fondo), y a su derecha está cómo sería la lente del campo.

Por último, los efectos de distorsión de forma de orden superior, más notablemente Flexion , pueden producir fuentes de galaxias extendidas no solo para cortar, sino también para flexionar. Esto es actualmente algo difícil de medir.

microlente

La microlente es un régimen de lente que es más común en la escala de la galaxia de la Vía Láctea. Esto puede ocurrir cuando las estrellas de fondo pasan detrás de las estrellas de primer plano. La microlente es en realidad lo suficientemente fuerte como para producir múltiples imágenes de la estrella de fondo, pero dado que las separaciones de imágenes son tan pequeñas (escala de microsegundos de arco, de ahí el nombre), lo que observamos (dado que una resolución angular de un microsegundo de arco es difícil de lograr ) es un cambio en el flujo a medida que el objeto se alinea y desalinea con el objeto masivo intermedio. Curiosamente, las microlentes han demostrado ser útiles para detectar planetas alrededor de sistemas de lentes estelares.

De acuerdo con este tutorial de la NASA , la lente gravitatoria es cuando la luz emitida por un objeto distante será desviada por el campo gravitatorio de un objeto grande, como una galaxia, que se encuentra entre nosotros y el objeto distante.

A continuación se muestra un diagrama que resume este efecto:

Fuente: "Descubrimiento de una lente gravitacional inusual" (Courbin et al.)

Una estrella pasa frente a otra desde nuestra perspectiva. En lugar de simplemente bloquear la luz de la estrella distante, la luz de la estrella distante que antes se dirigía a un lado, al otro lado, arriba, abajo, de hecho alrededor de la otra estrella, ahora está doblada por la influencia de la gravedad. de la estrella cercana en los fotones. Como resultado, terminan dirigiéndose hacia nosotros más fotones que antes.

¿Qué objetos causarían este efecto? Un objeto masivo que pasa frente a una estrella.