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Las lentes gravitacionales

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA puede engañarlo para que piense que la galaxia en ella, conocida como UZC J224030.2 + 032131, no tiene uno, sino cinco núcleos diferentes. De hecho, el núcleo de la galaxia es solo el objeto débil y difuso que se ve en el centro de la estructura en forma de cruz formada por los otros cuatro puntos, que son imágenes de un cuásar distante ubicado en el fondo de la galaxia.


Galaxia UZC J224030.2 + 032131. Crédito:ESA/Hubble y NASA

La imagen muestra un famoso espejismo cósmico conocido como la Cruz de Einstein, y es una confirmación visual directa de la teoría de la relatividad general. Es uno de los mejores ejemplos del fenómeno de las lentes gravitacionales: la flexión de la luz por la gravedad como predijo Einstein a principios del siglo 20. En este caso, la poderosa gravedad de la galaxia actúa como una lente que dobla y amplifica la luz del cuásar detrás de ella, produciendo cuatro imágenes del objeto distante.

El cuásar se ve como era hace unos 11.000 millones de años luz, en la dirección de la constelación de Pegaso, mientras que la galaxia que funciona como lente está unas diez veces más cerca. La alineación entre los dos objetos es notable (dentro de 0,05 segundos de arco), que es en parte la razón por la que se observa un tipo tan especial de lente gravitacional.

Esta imagen es probablemente la imagen más nítida de la Cruz de Einstein jamás hecha, y fue producida por la Cámara de Campo Amplio y Planetaria 2 del Hubble, y tiene un campo de visión de 26 por 26 segundos de arco.

¿Que es la lente gravitacional?

Cuando se lleva al extremo, la gravedad puede crear algunos efectos visuales intrigantes que pueden ser visto por los telescopios. La teoría general de la relatividad de Einstein describe cómo las concentraciones de masa distorsionan el espacio a su alrededor. Una lente gravitacional puede ocurrir cuando una gran cantidad de materia, como un cúmulo de galaxias, crea un campo gravitacional que distorsiona y magnifica la luz de galaxias distantes que están detrás de él pero en la misma línea de visión. El efecto es como mirar a través de una lupa gigante. Permite a los investigadores estudiar los detalles de las galaxias tempranas demasiado lejos para ser vistas con la tecnología y los telescopios actuales.

Los objetos más pequeños, como las estrellas individuales, también pueden actuar como lentes gravitacionales cuando pasan frente a estrellas más distantes. Durante unos días o semanas, la luz de la estrella más distante aparece temporalmente más brillante porque se magnifica por la gravedad del objeto más cercano. Este efecto se conoce como microlente gravitacional.

El tipo más simple de lente gravitacional ocurre cuando hay una sola concentración de materia en el centro, como el núcleo denso de una galaxia. La luz de una galaxia distante se redirige alrededor de este núcleo, a menudo produciendo múltiples imágenes de la galaxia de fondo. Cuando la lente se acerca a la simetría perfecta, se produce un círculo de luz completo o casi completo, llamado anillo de Einstein. Las observaciones del Hubble han ayudado a aumentar en gran medida el número de anillos de Einstein conocidos por los astrónomos.

Las lentes gravitacionales más complejas surgen en las observaciones de cúmulos masivos de galaxias. Si bien la distribución de la materia en un cúmulo de galaxias generalmente tiene un centro, nunca es circularmente simétrica y puede ser significativamente grumosa. Las galaxias de fondo son “lentesadas” por el cúmulo y sus imágenes a menudo aparecen como “arcos con lentes” cortos y delgados alrededor de las afueras del cúmulo.

Estas imágenes con lentes también actúan como sondas de la distribución de la materia en el cúmulo de galaxias. Los resultados indican que la mayor parte de la materia en un cúmulo de galaxias no está en las galaxias visibles o gas caliente a su alrededor y no emite luz, por lo que se llama materia oscura. La distribución de imágenes con lentes refleja la distribución de toda la materia, tanto visible como oscura. Las imágenes del Hubble de lentes gravitacionales se han utilizado para crear mapas de materia oscura en cúmulos de galaxias.

A su vez, un mapa de la materia en un cúmulo de galaxias ayuda a proporcionar una mejor comprensión y análisis de las imágenes con lentes gravitacionales. Un modelo de la distribución de la materia puede ayudar a identificar múltiples imágenes de la misma galaxia o predecir dónde es probable que aparezcan las galaxias más distantes en una imagen de cúmulo de galaxias. Los astrónomos trabajan entre las lentes gravitacionales y la distribución de la materia del cúmulo para mejorar nuestra comprensión de ambos. Debido a que las galaxias muy distantes son muy débiles, las lentes gravitacionales extienden la visión del Hubble más profundamente en el universo. La lente gravitacional no solo distorsiona la imagen de una galaxia de fondo, sino que también puede amplificar su luz. Mirando a través de un cúmulo de galaxias con lentes, el Hubble puede ver galaxias más débiles y distantes de lo que sería posible. Es como tener una lente extra que es del tamaño del cúmulo de galaxias. El proyecto Frontier Fields ha examinado múltiples cúmulos de galaxias, medido su lente y distribución de materia e identificado una colección de estas galaxias más distantes.Las diversas imágenes con lentes de cruces, anillos, arcos y más son intrigantes e informativas. Las lentes gravitacionales sondean la distribución de la materia en galaxias y cúmulos de galaxias, y permiten observaciones del universo distante. Los datos del Hubble también proporcionarán una base y una guía para el Telescopio Espacial James Webb, cuyas observaciones infrarrojas empujarán aún más lejos en el cosmos.

Lente gravitacional, más ejemplos


A la izquierda hay una imagen del Telescopio Espacial Hubble del cúmulo de galaxias Cl 0024 + 17. A la derecha está la misma imagen superpuesta con un mapa de la distribución masiva del cúmulo. La estructura en forma de anillo evidente en el mapa es una de las pruebas más fuertes hasta la fecha de la existencia de materia oscura. Crédito: NASA, ESA, M. J. Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins) COMUNICADO DE PRENSA: 2007-17 >


La gravedad de una galaxia roja luminosa (LRG) ha distorsionado gravitacionalmente la luz de una galaxia azul mucho más distante. Más típicamente, tal flexión de la luz da como resultado dos imágenes discernibles de la galaxia distante, pero aquí la alineación de la lente es tan precisa que la galaxia de fondo se distorsiona en una herradura, un anillo casi completo. Crédito: ESA/Hubble & NASA

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