¿Qué es la lente gravitacional?

¿Qué es la lente gravitacional? Dos luces centrales dentro de un anillo de luz con cuatro puntos en el anillo.

La NASA publicó la imagen del Telescopio Espacial Hubble de arriba el 27 de agosto de 2021. Las 2 luces brillantes dentro del anillo son galaxias. La gravedad de las 2 galaxias actúa como una lente gravitacional en el espacio. Es decir, su masa extrema combinada ha provocado que el espaciocurva. El anillo y los 4 puntos no están conectados físicamente a las 2 galaxias. Son luz que se origina en un lugar aún más distantequásar. La luz del cuásar se ha doblado mientras viajaba por el espacio curvo, la lente gravitacional, alrededor del par de galaxias. Imagen vía ESA / Hubble /NASA.


¿Qué es la lente gravitacional?

En noviembre de 1915,Albert Einsteinpublicó su teoría de la relatividad general. Un punto clave en su teoría es que los objetos masivos distorsionan el tejido detiempo espacial, la forma en que una bola de boliche en un trampolín se estiraría y deformaría la tela a su alrededor. Para demostrar que la teoría de Einstein era correcta, los científicos viajaron por todo el mundo para estar bajo laeclipse solar de 1919. Allí presenciaron cómo el sol doblaba la luz de las estrellas de fondo en la cantidad que predijo Einstein. Hoy en día, los científicos usan el mismo concepto:lente gravitacional- para aprender más sobre las galaxias y los cuásares en el universo temprano.

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La lente gravitacional ocurre cuando los objetos masivos en primer plano, como las dos galaxias en la imagen de arriba, doblan y deforman la estructura del espacio mismo. La luz más distante del cuásar, una joven galaxia activa, que viaja hacia nosotros alcanza este espacio deformado, que luego actúa como una lente, doblando y magnificando la luz. Es por eso que vemos un anillo con los cuatro puntos de luz diferentes de una fuente de luz brillante y muy distante.

Diagrama con trayectorias de luz desde el punto a la izquierda alrededor de la galaxia en el medio hasta la Tierra a la derecha.

Este diagrama muestra cómo la luz de un cuásar distante se dobla alrededor del tejido deformado del espacio en las cercanías de una galaxia masiva. Esto da como resultado múltiples imágenes del cuásar desde el punto de vista de la Tierra. Imagen a través de R. Hurt (IPAC / Caltech) / The GraL Collaboration /ESA.

Lentes gravitacionales y materia oscura

El concepto de lente gravitacional permite a los astrónomos aprender más sobre la cantidad de masa ymateria oscuraque está presente en las galaxias de primer plano. La materia oscura es, como su nombre alude, oscura. La única forma que tienen los astrónomos de estudiarlo es ver cómo afecta su gravedad a los objetos visibles. Los astrónomos no saben qué materia oscuraestodavía. Es todo un enigma, porque estiman que la materia oscura constituye tanto como85%de la masa total en el universo. Así que la lente gravitacional proporciona más información sobre los objetos en primer plano y les da a los astrónomos una herramienta paraverdónde debe estar la materia oscura, según sus efectos sobre las galaxias de fondo.

Galaxias negras y doradas del lado izquierdo, azul del lado derecho superpuesto en anillos ahumados.

Ver más grande. | A la izquierda está el cúmulo de galaxias Cl 0024 + 17 en luz visible. En el concepto del artista a la derecha, el sombreado azul indica la ubicación de la materia oscura que los científicos determinaron matemáticamente que debe existir para explicar la naturaleza y ubicación de las galaxias con lentes gravitacionales. Imagen víaNASA/ ESA / M.J. Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins).




Los científicos que buscan más lentes gravitacionales para estudiar han recurrido a la ayuda de la inteligencia artificial. En 2017, los astrónomos utilizaron un algoritmo e inteligencia artificial para detectar56 candidatos a lentes gravitacionales. En febrero de 2021, AI ha encontrado más de1200 candidatos a lentes gravitacionales.

Los lentes gravitacionales pueden crear fenómenos en una amplia variedad de formas y tamaños, pero dos de los más conocidos son la cruz de Einstein y el anillo de Einstein.

Cruces de einstein

Si bien hay muchas cruces de Einstein, solo hay una con el nombre propio delos Cruz de Einstein, descubierto en 1985. Proporciona un excelente ejemplo de un cuásar que vemos a través de una lente gravitacional. El quásar se encuentra directamente detrás de una galaxia y lo vemos como cuatro puntos de luz que rodean a la galaxia más cercana.

Punto central de luz con cuatro luces en la parte superior, inferior, derecha e izquierda.

La Cruz de Einstein es un objeto con lentes gravitacionales llamado G2237 + 0305, un quásar ubicado a 8 mil millonesaños luzlejos. Imagen víaHubbleSite.


En abril de 2021, la encuesta de Gaia encontró una docena de cruces de Einstein.

Doce imágenes: cada una con un punto central brillante con puntos alrededor sobre un fondo oscuro.

El Gaia Survey descubrió estos 12 cruces de Einstein. Imagen a través de The GraL Collaboration /ESA.

Anillos de Einstein

Cuando una galaxia o un quásar está fuera del centro del objeto en primer plano, la lente crea un anillo o arcos en lugar de puntos.Anillos de Einsteinaparecen alrededor de muchas galaxias distantes.

Una colección de anillos de luz que se ven alrededor de galaxias pequeñas y brillantes sobre fondos oscuros.

Todas estas galaxias elípticas gigantes tienen anillos a su alrededor. Los anillos son galaxias más distantes captadas por la galaxia en primer plano. Imagen víaNASA/ ESA / y el equipo de encuesta de SLACS.


Más bellos ejemplos de lentes gravitacionales

Cada objeto con lentes gravitacionales tiene una belleza y una mística propias.

Anillo azul alrededor del objeto central rojizo brillante.

Esta luminosa galaxia roja tiene un fuerte campo gravitacional que ha deformado la luz de una galaxia azul mucho más distante en forma de anillo. Los científicos descubrieron este objeto, LRG 3-757, en datos observados en 2007, del Sloan Digital Sky Survey. En 2011, la cámara de campo amplio 3 del telescopio espacial Hubble tomó la observación de seguimiento que vemos aquí. Imagen vía ESA / Hubble & NASA /ÁPODO.

Resplandor púrpura que se asemeja a dos ojos brillantes, nariz pequeña, boca curva y un lado de la cabeza.

En 2015, los astrónomos combinaron datos ópticos y de rayos X para esta imagen delGrupo de galaxias del gato de Cheshire. Los dos ojos brillantes son grandes galaxias que corren una hacia la otra a más de 300.000 millas (483.000 km) por hora. Los arcos curvos alrededor de la galaxia que forman la cara y la sonrisa del gato son 4 galaxias de fondo distantes que vemos a través de lentes gravitacionales. Imagen víaNASA/ CXC / UA / STScI.

Fondo negro salpicado de puntos de luz, estrellas y galaxias, con grandes arcos de luz.

Ver más grande. | Esta imagen contiene 12 imágenes de una galaxia de fondo. La galaxia Sunburst Arc que aparece en estos arcos está a 11 mil millones de años luz de distancia. Una lente gravitacional hecha del cúmulo de galaxias en primer plano a 4.600 millones de años luz de distancia nos permite ver la galaxia más distante. Imagen víaESA/ NASA / E. Rivera-Thorsen et al.

Fondo negro con muchas pequeñas galaxias doradas y numerosos arcos.

Los científicos nombraron esta región llena de galaxiasAbell 370. Este cúmulo de galaxias fue uno de los primeros astrónomos utilizados para observar lentes gravitacionales. Los muchos arcos y rayas en la imagen son imágenes estiradas de galaxias de fondo. Imagen vía NASA /ESA/ Hubble.

En pocas palabras: la lente gravitacional ocurre cuando un objeto masivo en primer plano deforma el espacio a su alrededor, distorsionando la imagen de un objeto de fondo en anillos, arcos o múltiples puntos de luz. Las lentes gravitacionales ayudan a revelar la materia oscura en las galaxias.