Lentes gravitatorias

Lentes gravitatorias

Es parte del sentido común pensar que la luz se mueve en linea recta, pues como sabemos desde la escuela es la distancia mínima entre dos puntos. 

Ejemplo de espacio plano

El recordado físico Albert Einstein propuso en su teoría de la relatividad general que la luz efectivamente sigue la trayectoria más corta, sin embargo, el espacio que recorre dicho rayo de luz no siempre es plano. Es posible encontrar situaciones en la que el espacio tenga curvatura.

La curvatura en el espacio se debe a la presencia de una gran cantidad de masa, un planeta, estrella, galaxia o cúmulo de galaxias originan esta curvatura cuyo efecto es mayor cuando más masiva sea la masa del objeto que la origina.

Planetas, estrellas y galaxias curvan el espacio a su alrededor.

Si el espacio que recorre un rayo de luz posee una curvatura (por ejemplo debido a la masa de una estrella) entonces la distancia más corta entre dos puntos sería una linea que se percibe como una curva. Esta trayectoria se llama geodésica. En geometría, la línea geodésica se define como la línea de mínima longitud que une dos puntos en una superficie dada, y está contenida en esta superficie. Generalmente hablamos de geodésicas en espacios curvados, y vienen a ser algo así como la linea recta entre las lineas curvas, es decir, la distancia más corta posible entre dos puntos.

Trayectorias geodésicas

Por ejemplo, la luz de una estrella lejana al pasar cerca al Sol sufre una pequeña desviación. Este efecto fue observado por primera vez durante un eclipse de 1919. Durante ese eclipse solar el astrónomo Arthur Eddington observó cómo se curvaba la trayectoria de la luz proveniente de estrellas distantes al pasar cerca del Sol, produciéndose un desplazamiento aparente de sus posiciones, lo que supuso además una comprobación experimental de la teoria de Einstein. 

Desvío en la trayectoria de la luz de una distante estrella observada durante un eclipse solar.

De forma similar, si un punto brillante lejano (por ejemplo un quasar), es observado cuando una gran masa (por ejemplo una galaxia) 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 múltiples del mismo objeto.

Ejemplos de lentes gravitatorias.

A este fenómeno lo llamamos lente gravitatoria. Las lentes gravitatorias pueden utilizarse para detectar la presencia de objetos masivos invisibles, tales como agujeros negros, la materia oscura e incluso planetas extrasolares ya que permite observar objetos muy débiles para nuestros instrumentos.

Lentes gravitatorias

Una gran ventaja de las lentes gravitacionales es que actúan en todo tipo de radiación electromagnética y no únicamente en luz visible. De hecho, este tipo de lentes carecen de aberración cromática, es decir, su efecto no depende de la longitud de onda de la luz sobre la que actúan, sino que es igual para todos los rangos del espectro electromagnético, sea éste óptico, infrarrojo, ultravioleta o cualquier otro. Esto permite poder analizar los objetos amplificados por la lente mediante las técnicas habituales de fotometría o espectroscopia astronómicas. Efectos de lentes gravitacionales han sido propuestos sobre la radiación de fondo de microondas y sobre algunas observaciones de radio y rayos x.

Tanto en luz visible, como en ondas de radio y ultravioleta, las lentes gravitatorias no discriminan ningún rango del espectro.

Ahora vayamos a lo más sorprendente, sus aplicaciones astronómicas. Estas lentes pueden utilizarse con un telescopio para obtener imagenes amplificadas de objetos lejanos, de esta manera somos capaces de detectar las galaxias más lejanas. Usando las tecnicas de micro-lentes gravitacionales (causadas por objetos de masas estelares) ya se han descubierto tres planetas, y se esperan descubrir más en el futuro. De hecho ya se ha descubierto un posible planeta en la galaxia de andromeda nuestro vecino galáctico de gran tamaño más próximo. El patrón de lentes se ajusta a una estrella con una compañera más pequeña que posee sólo 6 o 7 veces la masa de Júpiter.

Lente gravitatoria

A partir de la deformación de las fuentes de fondo se puede deducir la distribución de masa del objeto que hace de lente. Esto es especialmente útil en el caso de cúmulos de galaxias. Esta técnica tiene la ventaja de que es capaz de rastrear también la materia oscura.

En un próximo articulo hablaré de un proyecto que podría dejar obsoletos a todos nuestros telescopios actuales y futuros, utilizando el efecto de las lentes gravitatorias.