LENTES GRAVITACIONALES
Artículos Varios
LA GRAVITACION EN EL
UNIVERSO
Tomado de
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/078/htm/sec_11.htm
ASÍ como una canica desvía
su trayectoria sobre una superficie curvada, una partícula
masiva o un fotón siguen una geodésica en el
espacio-tiempo curvo. Las ecuaciones matemáticas de la
relatividad general permiten calcular la curvatura del
espacio-tiempo producida por una masa dada, así como las
trayectorias de las partículas bajo la influencia de esa
masa. En la práctica, este cálculo es un proceso difícil.
Al principio, Einstein logró resolver sus ecuaciones en
forma aproximada y, aún así, obtuvo resultados sumamente
interesantes, que veremos a continuación. Posteriormente,
se encontraron algunas otras soluciones exactas: unas
describen cuerpos muy compactos y otras son modelos del
Universo.
EL MOVIMIENTO DEL PERIHELIO
DE MERCURIO
El primer gran éxito de
Newton fue explicar el movimiento de los planetas
alrededor del Sol. Tomando en cuenta, sólo la atracción
gravitacional del Sol, demostró que las órbitas de los
planetas son elipses, tal como había descubierto Kepler en
forma empírica. Sin embargo, la atracción de los planetas
entre sí, aunque mucho menor que la atracción solar, no es
enteramente despreciable y produce ligeras desviaciones en
las órbitas planetarias. Estas pequeñas perturbaciones
orbitales se han podido calcular y las observaciones
confirman los resultados teóricos. De hecho fue así como
en el siglo pasado los astrónomos Adams y Le Verrier
predijeron la existencia y la posición en el cielo del
planeta Neptuno a partir de las perturbaciones observadas
en la órbita de Urano, el planeta más lejano conocido en
aquella época.
El mismo Le Verrier fue
quien descubrió por primera vez una anomalía en la órbita
de Mercurio, el planeta más cercano al Sol. En 1859,
anunció que el perihelio de Mercurio avanza 38
segundos de arco por siglo. Este fenómeno fue confirmado
posteriormente por otros astrónomos, estableciéndose un
valor de 43 segundos por siglo, que es el aceptado en la
actualidad.
Le Verrier reconoció que el
fenómeno que había descubierto no tenía una explicación
simple. Descartó la posibilidad de que se debiera a la
influencia de Venus o de algún planeta, aún no
descubierto, que se encontrara en órbita entre Sol y
Mercurio. Sugirió como posible explicación la presencia de
una nube de asteroides en órbita intramercurial, pero
ningún astrónomo detectó tales cuerpos. El avance del
perihelio de Mercurio fue durante años una espina clavada
en la mecánica newtoniana, pues arrojaba la sombra de la
duda sobre la perfección de esta teoría.
En noviembre de 1915,
Einstein trabajaba en la versión final de su artículo
sobre la relatividad general. La primera aplicación que
hizo de su teoría fue calcular la órbita de un planeta
alrededor del Sol, y demostrar que, debido a efectos
relativistas, el perihelio de las órbitas se corre
lentamente. En particular, el resultado que obtuvo para el
caso de Mercurio fue de ¡43 segundos por siglo!, en total
acuerdo con las observaciones astronómicas. Así Einstein
resolvió un problema que mantuvo en jaque a los mecánicos
celestes durante seis décadas. Según contó él mismo,
durante los días posteriores a su descubrimiento estuvo
fuera de sí por la emoción y llegó a sufrir taquicardia.
LA DESVIACIÓN DE LA LUZ
¿Actúa la fuerza
gravitacional sobre la luz como sobre cualquier partícula
material? ¿Es la luz inmune a la gravedad? Isaac Newton
pensaba que la luz está constituida por partículas y que
por lo tanto un rayo luminoso debe desviarse bajo la
acción de la gravedad, al igual que la trayectoria de un
proyectil (aunque, esta desviación debe ser prácticamente
imperceptible debido a la enorme velocidad de la luz).
Ya en 1911, Einstein, aun
cuando no había formulado por completo su teoría de la
gravitación, postuló que la luz se comporta como cualquier
partícula material. Por lo tanto, predijo que un rayo de
luz al pasar, cerca de la superficie del Sol desvía su
trayectoria en un ángulo de 0.87 segundos de arco (Figura
33) y propuso medir ese efecto durante un eclipse solar.
El ángulo de desviación se
puede calcular según la mecánica newtoniana invocando el
principio de equivalencia, pues la trayectoria de una
partícula atraída gravitacionalmente no depende de su
masa. De acuerdo con esta suposición, la masa de una
partícula de luz —un fotón— carecería de importancia en el
cálculo de su trayectoria.
Sin embargo, en 1915, con la
teoría de la relatividad general bien establecida,
Einstein volvió a calcular la desviación de un rayo de luz
y se dio cuenta de que la curvatura del espaciotiempo y el
hecho de que la masa del fotón es estrictamente cero,
influyen en forma muy particular sobre la trayectoria de
la luz. Esta vez dedujo que un rayo de luz debe desviarse
en un ángulo de 1.7 segundos al pasar cerca del Sol,
exactamente el doble de lo que predice la teoría
newtoniana. Así, midiendo ese ángulo se puede comprobar
cuál teoría, la de Newton o la de Einstein, es la correcta
en el caso de la luz.
El experimento propuesto por
Einstein consistía en observar las estrellas muy cerca del
disco solar durante un eclipse total de Sol —única
oportunidad de ver las estrellas cerca de este astro—.
Comparando la posición aparente de una estrella con la que
tenía cuando el Sol no se hallaba cerca, se puede
determinar el ángulo de desviación, aunque este ángulo es
tan pequeño que su medición es muy difícil y requiere de
una enorme precisión.
Al parecer, el primer
intento de confirmar las ideas de Einstein lo realizó una
expedición argentina que partió a observar un eclipse en
Brasil, en 1912, pero tuvo la mala suerte de encontrar
tiempo totalmente nublado. Otra expedición, esta vez
alemana, se dirigió a Crimea, en 1914, para observar un
eclipse visible desde esa región, pero fue sorprendida por
la declaración de guerra entre Alemania y Rusia, por lo
que los miembros de la expedición tuvieron que regresar
apresuradamente sin presenciar el fenómeno celeste. La
primera Guerra Mundial impidió cualquier intento, de medir
el efecto calculado por Einstein.
Finalmente, en 1919, ya
concluida la guerra, se organizaron dos expediciones
británicas para observar un eclipse que tendría lugar el
29 de mayo de ese año. La primera expedición, dirigida por
Andrew Crommelin, se instaló en Brasil, y la segunda, a
cargo de sir Arthur Eddington, se estableció en una isla
frente a la Guinea Española. Esta vez, las observaciones
fueron exitosas.
En una sesión científica que
tuvo lugar en Londres en noviembre del mismo año, y en
medio de enormes expectativas, Crommelin y Eddington
anunciaron finalmente el resultado de varios meses de
estudio de sus placas fotográficas: dentro de los posibles
errores de medición, se confirmaba el valor predicho por
la relatividad general. A partir de ese día, Einstein se
volvió una figura pública.
La medición de 1919 tenía un
margen de error de un 30%. Se han repetido observaciones
durante otros eclipses con precisiones de hasta 10%
confirmando la predicción de Einstein.
En años más recientes, los
astrónomos utilizaron, en lugar de estrellas, fuentes
cósmicas de radio (algunas galaxias y cuasares
emiten no sólo luz visible sino también ondas de radio),
con el fin de medir la desviación de las señales de radio
al pasar cerca del Sol. La ventaja de este método es que
las fuentes de radio en el cielo se pueden detectar
también de día y cerca del Sol, por lo que no es necesario
esperar un eclipse. Los resultados más recientes han
confirmado la teoría de Einstein con una precisión de 1%.
Una comprobación mas
espectacular de que la luz se desvía por la gravedad
surgió recientemente, en 1979, con el descubrimiento de
las lentes gravitacionales. Los cuasares son los
objetos más lejanos y luminosos que se pueden observar en
el Universo. En algunas ocasiones, la luz emitida por un
cuasar puede pasar muy cerca o a través de una galaxia que
se encuentra a medio camino entre el cuasar y nosotros, la
cual desvía la luz, como si fuera una lente gravitacional.
En ese caso, puede ocurrir que la luz del cuasar pase
tanto de un lado como del otro de la galaxia, y, como
resultado, el cuasar se observe doble.
En 1979, astrónomos
estadounidenses detectaron un cuasar doble, con dos
componentes idénticas entre sí excepto por el tamaño, y
dedujeron que se trataba del mismo cuasar observado a
través de una galaxia actuando como lente gravitacional.
Esa galaxia, menos luminosa que el cuasar, fue detectada
posteriormente. Desde entonces se han encontrado cerca de
una decena de cuasares dobles.
Un caso extremo de este
efecto es cuando el cuasar, la galaxia intermedia y la
Tierra se encuentran perfectamente alineados. Cuando esto
sucede, la imagen del cuasar ya no es doble sino que se
distribuye a lo largo de un arco, como se ve en la figura
36. Lo interesante es que en 1985 se detectó un gigantesco
arco luminoso alrededor de una galaxia; algunos
astrónomos sospechan de que se trata de la imagen de un
cuasar lejano amplificado y deformado por una galaxia
alineada en forma excepcional.
EL CORRIMIENTO AL ROJO
Cuando se arroja una piedra
hacia arriba, llega a cierta altura con una velocidad
menor que la inicial. Dicho de otro modo, la piedra tiene
que gastar parte de su energía para subir en contra de la
atracción gravitacional de la Tierra. ¿Sucede algo similar
con la luz?
En l907, cuando Einstein
apenas empezaba a interesarse en la gravitación, dedujo
que un fotón debe perder parte de su energía para
escaparse de la atracción gravitacional de un cuerpo
masivo. Ahora bien, como vimos en el capítulo II, la
energía de un fotón es proporcional a su frecuencia (o
inversamente proporcional a su longitud de onda asociada),
así que un fotón emitido desde la superficie del Sol, por
ejemplo, llega al espacio con una frecuencia ligeramente
menor —corrida hacia el lado rojo del espectro— que la que
poseía inicialmente.
Einstein calculó primero
este efecto en forma aproximada, recurriendo únicamente al
principio de equivalencia. Años más tarde, con la teoría
general de la relatividad bien establecida, dedujo el
resultado exacto una vez más y confirmó su primer cálculo.
Todos los átomos emiten
fotones con frecuencias bien definidas, y estos fotones se
pueden observar como líneas sobrepuestas al espectro. De
acuerdo con Einstein, los fotones emitidos por los átomos
en la superficie del Sol deben producir líneas espectrales
corridas ligeramente hacia el lado rojo del espectro.
Desgraciadamente, este efecto es demasiado pequeño en el
caso del Sol para poderlo identificar sin lugar a dudas.
Sin embargo, los astrónomos habían descubierto por esa
época que la estrella Sirio posee una extraña compañera,
cuya masa es semejante a la del Sol pero cuyo tamaño es
extremadamente pequeño, de modo tal que la atracción
gravitacional en su superficie es treinta veces más
intensa que en la del Sol. Este hecho permitió detectar en
1924 el corrimiento al rojo en el espectro de esta
estrella, confirmando la predicción de Einstein.
El corrimiento al rojo
gravitacional resurgió en forma inesperada en los años
sesenta, cuando los físicos estadunidenses R. V. Pound, G.
A. Rebka y J. L. Snider realizaron un experimento tan
preciso que pudieron medir el cambio de frecuencia de un
fotón emitido desde el suelo hasta el techo de una torre,
¡a 22 metros, de altura! Utilizando el llamado efecto
Mössbauer, por el que ciertos materiales emiten rayos
gamma (fotones muy energéticos) con una frecuencia
perfectamente bien definida, lograron confirmar la
predicción de Einstein con un margen de error de sólo 1%,
a pesar de que el cambio en frecuencia es de apenas una
parte en mil billones.
LENTES
GRAVITACIONALES
Tomado de
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/53/htm/SEC_12.html
Einstein predijo que la gravedad del Sol debía desviar los
rayos luminosos de una estrella que pasase rozando el
borde del Sol, por un ángulo de 1.75 segundos de arco.
Durante un eclipse total de
Sol, podemos observar la posición de una estrella muy
cercana al disco solar. Si la comparamos con la posición
de esta misma estrella de noche, cuando su luz no es
desviada al pasar cerca del Sol, podemos medir el efecto
de la deflexión gravitacional de los rayos luminosos. El
efecto predicho por Einstein ha sido comprobado en
múltiples ocasiones con gran exactitud. En este ejemplo,
el Sol funciona como una lente gravitacional, pues
análogamente a lo que hace una lente común —óptica—,
desvía los rayos de luz (Figura 59).
Aunque la teoría es bastante
más complicada, muchos de los efectos que predice la
óptica gravitacional son similares a los de la óptica
ordinaria. La diferencia estriba en la manera como las
diferentes lentes doblan los rayos de luz. Según la teoría
general de la relatividad, la distorsión —curvatura— del
espacio-tiempo alrededor de un cuerpo masivo producirá una
deflexión de los rayos de luz con un ángulo directamente
proporcional a la masa del objeto lente, e inversamente
proporcional a la distancia a la que pasan los rayos del
objeto lente.
Una pregunta sumamente
interesante que surge en este contexto es: ¿puede una
lente gravitacional producir imágenes como una lente
óptica? En 1936, el mismo Einstein demostró que, en
principio, una estrella podría enfocar la luz de otra
mucho más distante. Sin embargo, al desarrollar el detalle
de la teoría, se convenció de que las posibilidades de ver
una imagen así formada eran despreciables. Esto se debe a
que el efecto es importante sólo cuando el observador, la
lente y la fuente luminosa están perfectamente
alineados -coincidencia extremadamente improbable.
Un año más tarde, el
astrónomo suizo Fritz Zwicky planteó el problema desde
otra perspectiva: puesto que las galaxias distantes de
gran masa son bastante abundantes, la probabilidad de
observar el efecto de lente con galaxias, debía ser mucho
mayor. Desafortunadamente —y esto sucede con cierta
frecuencia— la publicación en que hizo esta sugerencia
pasó desapercibida, y durante años los astrónomos, como
Einstein, no volvieron a ocuparse de las lentes
gravitacionales.
En los años sesenta, los
físicos regresaron a explorar el problema más
detalladamente, y encontraron una cantidad de
posibilidades teóricas bastante intrigantes. Dependiendo
de una serie de propiedades de los elementos del arreglo
—observador, lente y fuente luminosa—, como tamaños y
posiciones relativas, un observador podría ver distintos
tipos de imágenes: un anillo, arcos o un conjunto de
varias imágenes
En 1979 se descubrió un
curioso par de cuasares cerca de la constelación de la Osa
Mayor, que tienen una separación de tan sólo seis segundos
de arco y se encuentran alineados en dirección Norte-Sur.
Al cuasar del Norte se le bautizó A y al del Sur B y el
par recibió el nombre de 0957+561 A, B (los números se
refieren a las coordenadas celestes).
Las líneas espectrales de
ambos cuasares tienen exactamente el mismo corrimiento al
rojo —que implica una distancia de tres mil millones de
años luz. Además, las características espectrales de ambos
cuasares son idénticas. La única diferencia es que A es
más brillante que B.
La probabilidad de encontrar
dos cuasares tan cercanos entre sí con esas
características es por casualidad tan pequeña que resulta
prácticamente imposible. Entonces los astrónomos se dieron
cuenta de que, muy probablemente, estaban viendo por
primera vez dos imágenes de un mismo cuasar, producidas
por una lente gravitacional.
Esta idea se confirmó al
estudiar estos cuasares a distintas frecuencias y
descubrir que, desde el radio hasta el ultravioleta, la
razón del brillo entre los cuasares gemelos permanecía
constante. Cuando, un año más tarde, se descubrió un
cúmulo de galaxias en dirección del par —a un segundo de
arco de distancia proyectada en el cielo— todo pareció
encajar de maravilla, pues este cúmulo debía ser el que
producía el efecto de lente.
Existe, sin embargo, una
dificultad con la interpretación; según la teoría, una
galaxia tipo cD —que son las más masivas del cúmulo— debe
producir un número non de imágenes (una, tres, cinco,
etc.). Sin embargo, sólo vemos dos. Debe haber una tercera
imagen que, quizá por ser mucho más débil, no se ha podido
detectar. Hasta ahora, se han descubierto aproximadamente
diez casos similares —algunos dudosos— que se interpretan
como lentes gravitacionales. En todos los casos se ven
sólo dos imágenes, de modo que la tercera —u otras más— es
muy débil o bien la interpretación no es la adecuada.
A fines de 1986, Vahe
Petrosian y Roger Lynds, del observatorio de Kitt Peak,
descubrieron dos inmensos arcos alrededor de los cúmulos
de galaxias Abell 370 y 2242-02 en Acuario. Los arcos son
perfectos y miden cientos de miles de años luz. El
astrónomo polaco Bohdam Paczynski ha sugerido que quizá se
trate de imágenes de lentes gravitacionales.
LENTES GRAVITACIONALES.
Tomado de
http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/fisica/fisica1.htm
Cuando uno propone una
teoría tiene que aceptar sus consecuencias. En 1915,
Einstein pensó que, si de verdad su teoría de la
gravitación era correcta y las masas deforman el
espacio-tiempo a su alrededor, entonces cualquier cosa que
pase cerca de una masa (por ejemplo cerca del Sol o de una
galaxia) cambiará su trayectoria, ya que "notará" el
espacio deformado allí (con el experimento de la tela
elástica ya hemos visualizado esto). Por tanto, a las
partículas de la luz (los fotones) también les debe pasar
lo mismo, así que Einstein predijo que la luz debería
desviarse al pasar cerca de un objeto masivo, y
propuso que esto podría verificarse observando las
posiciones de las estrellas cercanas (en proyección) al
Sol durante un eclipse total.
En un eclipse total de Sol,
la Luna tapa exactamente el disco del Sol. Durante unos
minutos se hace la oscuridad casi total (a pleno día) y se
ve la corona solar, las estrellas y los planetas más
brillantes. En la imagen A de la figura (http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/fisica/lent.jpg
) vemos, en una vista lateral, que durante el eclipse
total la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol. De
acuerdo a la figura, supongamos que hay una estrella E muy
lejana (a la izquierda y arriba del Sol en la imagen; hay
que imaginársela muy alejada hacia la izquierda) y que
desde la Tierra vemos esa estrella, en proyección, cerca
de la superficie del Sol. Veamóslo en la imagen B, que
muestra lo mismo que A pero visto por un observador
situado en la Tierra. No vemos ya el Sol (la Luna lo ha
ocultado) y podemos ver la estrella E de fondo proyectada
casi 'tocando' el borde del Sol y la Luna.
En la imagen C se muestra la
predicción de Einstein sobre la curvatura de la luz cerca
del Sol: al caminar por el espacio-tiempo deformado por la
masa del Sol, la luz de la estrella no sigue una línea
recta euclidiana, sino que se tuerce cerca del Sol. Lo
interesante del asunto es darse cuenta que un observador
desde la Tierra vería la imagen de la estrella E no donde
realmente está, sino en E'. Desde nuestra perspectiva
terrestre (imagen D) vemos a la estrella más alejada del
borde del Sol que lo que realmente está. Einstein calculó
en 1915 este alejamiento extra en la posición de la
estrella y cuatro años después Arthur Eddington verificó
esta predicción, lo que causó enorme asombro entre los
astrónomos (aún habituados a la física newtoniana) y dio
fama mundial a Einstein.
Pero una consecuencia aún
más espectacular de la teoría de Einstein son las llamadas
lentes gravitacionales. El asunto es el mismo (la luz se
curva cerca de una masa) pero ahora tenemos una enorme
masa (por ejemplo una galaxia como la nuestra, la Vía
Láctea, que tiene doscientos mil millones de veces la masa
del Sol) que deforma enormemente el espacio-tiempo
a su alrededor y desvía enormemente la luz de otras
galaxias lejanas. Igual que un vidrio curvado deforma la
imagen cuando miramos a través suyo (practicar con una
botella, por ejemplo) una lente gravitacional deforma y
amplifica la imagen de las galaxias lejanas produciendo
imágenes dobles o múltiples, arcos, etc. Y si la
galaxia-lente está situada exactamente enfrente de la
galaxia de fondo, produce el llamado "anillo de Einstein".
Sin embargo Einstein no pudo ver la comprobación
observacional de su teoría porque el primer caso de lente
gravitacional se descubrió en 1979.
Una de las imágenes más
espectaculares de lente gravitacional se ha tomado en 1999
con el telescopio NOT, (http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/fisica/r22.jpg
) del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma).
Muestra a una galaxia espiral que parece tener en su parte
central cinco condensaciones brillantes.
En realidad son cuatro
imágenes gravitacionales de un cuásar lejano (que no tiene
nada que ver con la galaxia espiral) más el propio núcleo
de la galaxia. ¿Cómo lo sabemos? Resulta que la luz de las
cuatro condensaciones más externas (identificadas como q1
a q4 en la figura) es idéntica una a otra
(en el lenguaje de la física diríamos que tienen
idéntico espectro), lo que sólo podemos explicar si
son efectivamente imágenes de la misma cosa (igual que las
imágenes de uno mismo en un laberinto de espejos son
idénticas entre sí, pero orientadas de forma diferente,
unas las ves a la izquierda, otras a la derecha, etc.).
Este caso tan extraordinario
de lente gravitacional se descubrió por casualidad en 1985
y se le llamó "Cruz de Einstein" porque las cuatro
imágenes del cuásar forman un cuadrilátero, y también para
que recordemos que gracias a Einstein podemos entenderlo.
LENTES
GRAVITACIONALES
Tomado de
http://axxon.com.ar/c-Zapping0090.htm
Mirando a través de una
lente cósmica gigante, los científicos han encontrado
algunas de las primeras estrellas que nacieron en el
Universo.
Existe mucha incertidumbre
acerca de los primeros tiempos: ¿Qué se formó primero, las
estrellas o las galaxias... o los cúmulos de galaxias?
¿Acaso las primeras estrellas aparecieron una a la vez o
en torrentes masivos de creación simultánea? Imagínese qué
maravilloso sería tener la posibilidad de observar nuestro
Universo hace catorce mil millones de años, cuando era un
recién nacido. Los científicos tienen teorías, pero sería
muy útil que se pudiese mirar realmente hacia atrás en el
tiempo y observar el pasado con certeza. Si tuviésemos una
máquina del tiempo podríamos regresar allí y ser testigos
de cómo fue que emergieron las características infantiles
del Universo después de la Gran Explosión (Big Bang,
en inglés).
Pues créalo o no, las
máquinas del tiempo existen: son los telescopios
(recomiendo leer
Cuando el fusible
empieza a brillar
en la sección Cuentos). Como la luz debe viajar a una
velocidad que no es infinita para llegar hasta nosotros,
los astrónomos que observan a través de ellos ven a las
estrellas y galaxias no como son ahora, sino como lo eran
cuando su luz, la luz de las estellas, inició su camino.
Por medio de los telescopios, los astrónomos pueden
"viajar" a lo largo de abismos de espacio y miles de
millones de años hacia el pasado.
Hace tiempo que se buscan
estrellas recién nacidas, las primeras en aparecer en
nuestro Universo, buceando con el Telescopio Espacial
Hubble para viajar hacia atrás en el tiempo hasta una
época cercana a la mismísima Gran Explosión. Ya hemos
tenido extraordinarias imágenes de algunos de los
hallazgos (ver el Zapping
¿Es verdad esto que
estamos viendo?),
de verdad alucinantes. No es una cosa fácil, puesto que
las estrellas que se encuentran a diez mil millones de
años luz de la Tierra son muy tenues desde aquí. Aún
poderosos instrumentos como el Hubble tienen problemas
para detectarlas. El astrónomo Richard Ellis del Instituto
Tecnológico de California (California Institute of
Technology o Caltech) explica: "En algún momento, algo así
como mil millones de años después de la Gran Explosión, la
atracción gravitacional hizo que el gas que llenaba el
Universo se desplomara [sobre sí mismo] y formara las
primeras estrellas. Encontrar las señales de la existencia
de estas estrellas, a las cuales llamamos Primeras Luces (First
Light en inglés), es uno de los retos más interesantes
de la astronomía moderna".
Ellis y su equipo hicieron
lo que muchos de nosotros hacemos cuando tenemos
dificultad para ver algo: usar una lente de aumento.
Apuntaron el Telescopio Espacial Hubble y, más adelante,
el telescopio Keck de Hawaii, hacia una "lente
gravitacional", un gigantesco amplificador cósmico formado
por un grupo de galaxias situadas a dos o tres mil
millones de años luz de distancia.
Mirando a través de ese
extraño lente, pudieron observar una tenue nube de
estrellas situada a trece mil cuatrocientos millones de
años luz de la Tierra. La nube contenía alrededor de un
millón de estrellas, mucho menos que lo que contienen las
galaxias típicas en el Universo de hoy en día, que están
formadas por cientos de miles de millones de estrellas.
Ellis y sus colegas creen que la nube es uno de los
"bloques de construcción" de las galaxias de gran tamaño
que componen ahora nuestro Universo.
Si el Universo tiene catorce
mil millones de años de edad, como surge de algunos
modelos, entonces esa nube de estrellas tuvo existencia
menos de mil millones de años después de la Gran
Explosión, justo el momento en que —piensan los
científicos— se formaron las primeras estrellas. De hecho,
las estrellas en la nube parecen ser muy jóvenes. La
evidencia espectral sugiere que su edad es de
aproximadamente dos a cinco millones de años, aunque Ellis
advierte que esta evidencia todavía está en discusión
entre los investigadores. El Sol, en comparación, tiene
una edad de alrededor de cuatro mil ochocientos millones
de años. "Estamos observando este cúmulo en el momento que
se está encendiendo", dice Ellis. Las estrellas de la nube
se encuentran entre las que, seguramente, iluminaron los
cielos por primera vez.
"Sin la ayuda del lente
gravitacional, que amplifica el brillo de esa nube de
estrellas primitivas unas treinta veces, ni el telescopio
Keck de 10 metros, ni el Telescopio Espacial Hubble
detectarían estas distantes y jóvenes estrellas", hace
notar Ellis.
Tales lentes de aumento son
uno de los extraños resultantes de la Teoría General de la
Relatividad: Einstein demostró que una gran masa crea una
curvatura local en la geometría del espacio-tiempo capaz
de doblar el camino que sigue la luz, naturalmente recto.
Por esta razón, la fuerte curvatura causada por el masivo
grupo de galaxias conocido por los científicos como "Abell
2218" dobló y enfocó los rayos de luz provenientes de esa
nube de estrellas ubicada detrás y muy lejos, exactamente
como lo hace una lente de aumento.
"Observando ciertas regiones
del cielo donde la luz proveniente del Universo
extremadamente joven es ampliada por una lente
gravitacional, obtenemos una gran ayuda de la naturaleza
en la búsqueda de estas débiles señales", añade Ellis.
Hasta la fecha, se han identificado más de quinientos de
estos lentes gravitacionales. Pero para que resulte útil
en la búsqueda de las Primeras Luces, cada lente debe de
ser estudiado con detenimiento por los científicos hasta
determinar con precisión cómo se dobla la luz en él, de la
misma manera en que conociendo la forma de un espejo en un
Parque de Diversión podemos predecir cómo reflejará la luz
y, en consecuencia, cómo nos veremos en él. Actualmente
hay apenas unas diez lentes estudiadas en detalle de esta
manera.

En este ejemplo de una lente
gravitacional, la luz de una distante galaxia forma un
halo alrededor del objeto masivo que sirve como lente.
Imagen de la Agencia Espacial Europea (European Space
Agency).
"Todos desean saber si fue
tan solo un golpe de suerte", cuenta Ellis. Y contesta:
"Si son realmente las primeras estrellas en el Universo,
entonces debería de haber un gran número de ellas en el
cielo". Los científicos podrán saberlo cuando dispongan
del Telescopio Espacial de Nueva Generación de la NASA
(Next Generation Space Telescope o
NGST),
que será lanzado al espacio en el año 2009. "El NGST será
capaz de detectar estos objetos sin ayuda de las lentes
gravitacionales", dice Ellis. "No habrá manera de
cuestionarlo entonces; podremos contar las primeras
estrellas y averiguar qué tan antiguas son".
Entretanto, los astrónomos
continuarán mirando a través de los lentes gravitacionales
con la esperanza de echar un vistazo a lo que emergió
después de la Gran Explosión. Vale la pena mirar. Después
de todo, extrañas galaxias y desordenadas estrellas son
solamente una muestra de lo que se puede hallar en el
pasado.
ABELL 2218
LENTES GRAVITACIONALES
Tomado de
http://personal.telefonica.terra.es/web/astrobasic/fotouniverso/es/pag17.htm
Si un punto brillante
lejano, por ejemplo un quasar, es observado cuando una
gran masa se interpone entre éste y el observador, la
desviación de los rayos de luz generan un efecto lente. El
resultado es que, justo como ocurre con una lente óptica,
la luz se enfoca y el objeto se ve más brillante. También
pueden aparecer imágenes multiples del mismo objeto.
Una galaxia masiva produce
la curvatura del espacio a su alrededor, lo cual hace que
la luz se desvíe. Si esta galaxia no se observa porque
tiene poco brillo, o si lo que tenemos es un cuerpo masivo
que no emite luz, el efecto de lente gravitacional nos
permite la detección de materia oscura, revelada por las
imágenes múltiples de la fuente de luz lejana.
El arco en Abell 370 fue el
primero en ser descubierto, en 1985. Ambos lados presentan
la misma distribución de energía y, por lo tanto, ambos
pertenecen a la misma estructura. Se trataba de una
galaxia joven, relativamente cercana. Todos estos
resultados confirman que el arco en Abell 370 se debe a
una lente gravitacional que altera la radiación de una
galaxia cercana.
Está claro que la
observación de estos arcos gigantes en distantes cúmulos
de galaxias ha abierto nuevos campos de investigación del
fenómeno de lentes gravitacionales. Podemos imaginar a los
astrofísicos usando ricos cúmulos de galaxias como
telescopios gravitacionales para investigar objetos más
distantes.
LENTES
GRAVITACIONALES
Tomado de
http://www.cnice.mecd.es/tematicas/cosmologia/2003_11/2003_11_05.html
Es uno de los fenómenos más
curiosos del universo observable. Está producido por el
efecto lente gravitacional, predicho por la teoría de la
relatividad general de Einstein. Su acción más simple es
desviar la luz que pasa por las cercanías de un objeto
masivo. La confirmación experimental de este resultado
tuvo lugar durante un eclipse de Sol, al observar una
estrella que en la realidad estaba oculta por el disco
solar. Pero también produce efectos más complejos. Por
ejemplo, la formación de imágenes virtuales.
Cuando la luz de una galaxia
lejana, un cuasar, viaja por las proximidades de una
galaxia o de un cúmulo de galaxias, aparecen varias
imágenes que corresponden al mismo cuasar. Todos los
cuasares virtuales tienen las mismas propiedades, pero la
luz que emite cada uno de ellos recorre caminos distintos
y llega al observador en instantes diferentes. Midiendo
los intervalos de tiempo que transcurren entre la
recepción de las distintas señales y la masa de la galaxia
deflectora, es posible obtener directamente la constante
de Hubble. El numero de cuasares que muestran este efecto
es pequeño, por lo que es necesario realizar observaciones
sistemáticas con el fin de obtener muestras más grandes.