El cielo nocturno ha atraído e impresionado durante mucho tiempo a una persona con muchas estrellas. Un telescopio aficionado puede ver una variedad mucho mayor de objetos del espacio profundo: una gran cantidad de cúmulos, esféricos y dispersos, nebulosas y galaxias cercanas. Pero hay fenómenos extremadamente espectaculares e interesantes que solo los poderosos instrumentos astronómicos pueden detectar. Entre tales tesoros del universo están los eventos de lentes gravitacionales, y entre ellos están las llamadas cruces de Einstein. De qué se trata, lo descubriremos en este artículo.
Lentes espaciales
Una lente gravitacional es creada por un poderoso campo gravitatorio de un objeto con una masa significativa (por ejemplo, una gran galaxia), atrapado accidentalmente entre el observador y alguna fuente de luz distante: un quásar, otra galaxia o una luz brillante. supernova.
La teoría de la gravedad de Einstein considera los campos gravitatorios como deformaciones del continuo espacio-tiempo. En consecuencia, las líneas a lo largo de las cuales los rayos de luz se propagan en los intervalos de tiempo más cortos (líneas geodésicas) también sonestán doblados. Como resultado, el observador ve la imagen de la fuente de luz distorsionada de cierta manera.
¿Qué es la "cruz de Einstein"?
La naturaleza de la distorsión depende de la configuración de la lente gravitatoria y de su posición relativa a la línea de visión que conecta la fuente y el observador. Si la lente es estrictamente simétrica en la línea focal, la imagen deformada resulta tener forma de anillo, si el centro de simetría se desplaza en relación con la línea, entonces dicho anillo de Einstein se puede dividir en arcos.
Con un cambio lo suficientemente fuerte, cuando las distancias recorridas por la luz difieren significativamente, la lente forma imágenes de múltiples puntos. La cruz de Einstein, en honor al autor de la teoría general de la relatividad, dentro del marco del cual se predijeron fenómenos de este tipo, se llama la imagen cuádruple de la fuente de la lente.
Cuásar en cuatro caras
Uno de los objetos cuádruples más "fotogénicos" es el cuásar QSO 2237+0305 perteneciente a la constelación de Pegaso. Está muy lejos: la luz emitida por este quásar viajó más de 8 mil millones de años antes de llegar a las lentes de las cámaras de los telescopios terrestres y espaciales. Hay que tener en cuenta en relación a esta Cruz de Einstein que se trata de un nombre propio, aunque no oficial, y se escribe con mayúscula.
En la parte superior de la foto está la Cruz de Einstein. El punto central es el núcleo de la galaxia lente. La foto fue tomada por el espacio.el telescopio Hubble.
La galaxia ZW 2237+030, actuando como una lente, está 20 veces más cerca que el propio cuásar. Curiosamente, debido al efecto de lente adicional producido por estrellas individuales y posiblemente cúmulos de estrellas o nubes masivas de gas y polvo en su composición, el brillo de cada uno de los cuatro componentes sufre cambios graduales y desiguales.
Variedad de formas
Quizás no menos hermoso es el cuásar de lentes cruzados HE 0435-1223, casi a la misma distancia que QSO 2237+0305. La lente gravitacional, debido a un conjunto completamente aleatorio de circunstancias, ocupa una posición tal aquí que las cuatro imágenes del cuásar están ubicadas casi uniformemente, formando una cruz casi regular. Este objeto extraordinariamente espectacular se encuentra en la constelación de Eridani.
Y finalmente una ocasión especial. Los astrónomos tuvieron la suerte de capturar en una fotografía cómo una poderosa lente, una galaxia en un enorme cúmulo en primer plano, amplió visualmente no un cuásar, sino una explosión de supernova. La singularidad de este evento es que una supernova, a diferencia de un cuásar, es un fenómeno a corto plazo. La explosión, denominada supernova Refsdal, ocurrió en una galaxia distante hace más de 9 mil millones de años.
Tiempo después, a la cruz de Einstein, que reforzó y multiplicó la antigua explosión estelar, un poco más lejos, se añadió otra quinta imagen, tardía por las peculiaridades de la estructura de la lente y, por cierto, predichapor adelantado.
En la siguiente imagen puedes ver el "retrato" de la supernova Refsdal, multiplicada por la gravedad.
Importancia científica del fenómeno
Por supuesto, un fenómeno como la cruz de Einstein no solo juega un papel estético. La existencia de objetos de este tipo es una consecuencia necesaria de la teoría general de la relatividad, y su observación directa es una de las confirmaciones más evidentes de su validez.
Junto con otros efectos de las lentes gravitacionales, atraen la atención de los científicos. Las cruces y los anillos de Einstein permiten estudiar no solo fuentes de luz tan distantes que no podrían verse en ausencia de lentes, sino también la estructura de las propias lentes, por ejemplo, la distribución de la materia oscura en los cúmulos de galaxias.
El estudio de imágenes de cuásares con lentes apiladas de manera desigual (incluidas las cruciformes) también puede ayudar a refinar otros parámetros cosmológicos importantes, como la constante de Hubble. Estos anillos y cruces einsteinianos de forma irregular están formados por rayos que han viajado diferentes distancias en diferentes tiempos. Por lo tanto, una comparación de su geometría con las fluctuaciones de brillo permite lograr una gran precisión en la determinación de la constante de Hubble y, por lo tanto, la dinámica del Universo.
En una palabra, los sorprendentes fenómenos creados por las lentes gravitatorias no solo son agradables a la vista, sino que también juegan un papel importante en las ciencias espaciales modernas.
