¿Cuál es el efecto conocido como lente gravitacional? ¿Como funciona? ¿Qué objetos podrían causar este efecto?
Respuestas:
La lente gravitacional es la curvatura de la luz por 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 comprobada 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 cerca del sol en una ubicación diferente. - la posición exacta fue predicha con éxito por GR.
Hay muchas situaciones que pueden dar lugar a lentes gravitacionales. Estos regímenes son:
Lente fuerte
La lente fuerte es la forma visualmente más sorprendente de lente gravitacional y, como su nombre lo indica, requiere un objeto extremadamente masivo y una buena alineación entre la lente y la fuente. Los cúmulos de galaxias son la causa más común de lentes gravitacionales fuertes. Los arcos parciales, los arcos completos ( anillos de Einstein ) y las imágenes múltiples son características de lentes gravitacionales fuertes que uno puede observar. Algunos de los objetos más estudiados que producen fuertes características de lentes gravitacionales son los grupos de Abell , el más famoso de los cuales es Abell 1689 (imagen a continuación).
Las características de lentes fuertes, como los arcos y los anillos, generalmente se deben a objetos extendidos (como las galaxias de fondo que no forman parte del cúmulo), y las imágenes múltiples (en su mayoría sistemas de imágenes cuádruples) son típicamente objetos como los cuásares de fondo.
Lente débil
Las lentes gravitacionales débiles ocurren con mucha más frecuencia que las lentes fuertes. Las lentes pueden ser cúmulos (en sus regiones externas), galaxias individuales o incluso estructuras a gran escala en el universo. La lente débil no es un efecto notable 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 lente están en la escala de porcentaje. Sin embargo, se hace una suposición importante, y es que las isofotos (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 la lente gravitacional. En la imagen a continuación (desde la parte superior izquierda a la parte inferior derecha), el marco superior izquierdo muestra un campo sin galaxias 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 la lente del campo.
Por último, los efectos de distorsión de forma de orden superior, especialmente Flexion , pueden producir las 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 lentes 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 micro-segundos de arco, de ahí el nombre), lo que observamos (ya que la resolución angular de un micro-segundo de arco es difícil de lograr ) es un cambio en el flujo a medida que el objeto entra y sale de la alineación con el objeto masivo intermedio. Curiosamente, la microlente ha demostrado ser útil para detectar planetas alrededor de sistemas de lentes estelares.
La lente gravitacional es el efecto que grandes cantidades de gravedad tienen en el camino de la luz. Aquí hay un ejemplo del efecto:
La animación muestra un agujero negro que pasa frente a una galaxia (simulada). En teoría, cualquier objeto con una densidad de masa superficial mayor que la densidad de masa superficial crítica podría producir tales efectos similares.
Lo que sucede es que la luz va en línea recta a lo largo de la tela del espacio-tiempo. Cuando un objeto muy masivo está en la tela, dobla la tela, ya que la luz sigue una línea recta en 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.
Según este tutorial de la NASA , la lente gravitacional es cuando la luz emitida por un objeto distante se doblará por el campo gravitacional 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 anteriormente 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, más fotones terminan dirigiéndose hacia nosotros que antes.
¿Qué objetos causarían este efecto? Un objeto masivo que pasa frente a una estrella.