Lentes Gravitacionales: Telescopios Naturales
La teoría de la relatividad general de Einstein establece una conexión entre la gravedad y la deformación del espacio-tiempo inducida por la masa, cambiando para siempre la forma en que pensamos acerca de todo, desde un objeto que cae a la tierra hasta un planeta que orbita una estrella. Las distorsiones creadas por cantidades muy grandes de masa pueden llevar a algunos fenómenos astronómicos muy interesantes. Los agujeros negros, por ejemplo, son regiones en las que el espacio-tiempo se ha pervertido de tal modo que las fuerzas gravitatorias resultantes impiden incluso que la luz escape (vamos convenientemente a ignorar la radiación de Hawking en este momento.) En otro ejemplo, el espacio-tiempo deformado puede dar lugar a ilusiones ópticas impresionantes conocidos como “lentes gravitacionales”.
Eclipse de 1919.
Cuando la luz que se mueve a través del Universo se encuentra con una zona curva del espacio-tiempo (es decir, la fuerza de la gravedad), su sentido de la marcha se altera. Esta interacción entre la luz y la gravedad proporciona una de las primeras confirmaciones experimentales para un modelo relativista de la gravedad. Einstein predijo que la luz de una estrella distante que tuvo que viajar cerca del Sol para llegar a la Tierra se inclinaría ligeramente por la curvatura del espacio-tiempo alrededor del Sol, dando como resultado el cambio de ubicación percibida de la estrella para un observador basado en la Tierra. Su predicción fue probada durante un eclipse solar en 1919. Como era de esperar, la posición aparente de la estrella se desvió ligeramente de su posición real. Este tipo de gravedad relacionada con el cambio en la trayectoria de la luz se conoce como “lente gravitatoria”, debido al hecho de que la gravedad está haciendo esencialmente lo que hace un lente – la alteración de la trayectoria de la luz que viaja a través de él.
Cabe señalar que la física newtoniana había sugerido también que la trayectoria de la luz podía ser alterada por la gravedad, pero esta hipótesis se basó en una definición que trataba la luz como una partícula con masa. Cuando finalmente se confirmó que los fotones de luz no tienen masa, el modelo newtoniano de la gravedad no fue suficiente para explicar cómo la gravedad podría afectarlos.
La lente gravitatoria también puede dar lugar a múltiples imágenes de objetos emisores de luz. En la Figura 1, la luz de una galaxia distante pasa a través de la zona curva del espacio-tiempo creado por un cúmulo de galaxias masivas. En ausencia de la lente gravitacional creada por el cúmulo, las dos líneas de color naranja (cada una en esencia representa una sola imagen de la galaxia) continuarían como líneas rectas en diferentes direcciones. En cambio, su trayectoria se curva a medida que viajan a través de la zona deformada alrededor del cúmulo y ambas se redirigen, de tal manera que cada una puede ser vista desde la tierra o desde un telescopio en órbita. Este diagrama ofrece una clara ilustración de que la “atracción gravitacional” entre la luz y el cúmulo de galaxias es la manifestación de los efectos que el espacio-tiempo curvado tuvo en la luz.
En la imagen del telescopio espacial Hubble (Figura 2), un lente gravitacional de “cinco estrellas” fue capturado por primera vez. Las regiones rodeadas por círculos azules representan un solo quásar (un núcleo galáctico extremadamente energético que rodea a un agujero negro supermasivo) que ha sido curvado por un cúmulo de galaxias masivas para producir cinco imágenes distintas – de ahí la caracterización de cinco estrellas.
Las lentes gravitacionales han proporcionado algo de la evidencia más contundente acerca de la existencia de la materia oscura en el universo. En términos muy básicos, los astrofísicos pueden utilizarlas para analizar el grado en que el espacio-tiempo se ha deformado y determinar la cantidad de masa necesaria para crear la distorsión observada. Las observaciones actuales indican que no hay en ningún sitio la cantidad de materia visible necesaria para generar las influencias gravitacionales observadas a través del universo. La hipótesis es que la materia oscura puede ser la solución a este enigma masa / gravedad (y es un tema demasiado grande para aventurarse más allá en este artículo.)
Curiosamente, esta imagen capturó otros dos fenómenos notables. El objeto encerrado en rojo es una galaxia muy lejana – cerca de 12 mil millones de años luz de distancia -, cuya luz se ha visto afectada por la lente, produciendo tres puntos de vista diferentes de la misma. El círculo amarillo rodea una supernova que ocurrió hace cerca de 7 mil millones de años. Fue descubierta mediante la comparación de la imagen con una de la misma región del Universo tomada un año antes.
Para aquellos que son nuevos en la astronomía, hay que señalar que todas las regiones de emisión de luz en esta imagen corresponden a una galaxia compuesta por miles de millones de estrellas. Cada imagen del Hubble puede servir para recordarnos cuán incomprensiblemente vasto es el Universo.
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La teoría de la relatividad general de Einstein establece una conexión entre la gravedad y la deformación del espacio-tiempo inducida por la masa, cambiando para siempre la forma en que pensamos acerca de todo, desde un objeto que cae a la tierra hasta un planeta que orbita una estrella. Las distorsiones creadas por cantidades muy grandes de masa pueden llevar a algunos fenómenos astronómicos muy interesantes. Los agujeros negros, por ejemplo, son regiones en las que el espacio-tiempo se ha pervertido de tal modo que las fuerzas gravitatorias resultantes impiden incluso que la luz escape (vamos convenientemente a ignorar la radiación de Hawking en este momento.) En otro ejemplo, el espacio-tiempo deformado puede dar lugar a ilusiones ópticas impresionantes conocidos como “lentes gravitacionales”.
Eclipse de 1919.
Cuando la luz que se mueve a través del Universo se encuentra con una zona curva del espacio-tiempo (es decir, la fuerza de la gravedad), su sentido de la marcha se altera. Esta interacción entre la luz y la gravedad proporciona una de las primeras confirmaciones experimentales para un modelo relativista de la gravedad. Einstein predijo que la luz de una estrella distante que tuvo que viajar cerca del Sol para llegar a la Tierra se inclinaría ligeramente por la curvatura del espacio-tiempo alrededor del Sol, dando como resultado el cambio de ubicación percibida de la estrella para un observador basado en la Tierra. Su predicción fue probada durante un eclipse solar en 1919. Como era de esperar, la posición aparente de la estrella se desvió ligeramente de su posición real. Este tipo de gravedad relacionada con el cambio en la trayectoria de la luz se conoce como “lente gravitatoria”, debido al hecho de que la gravedad está haciendo esencialmente lo que hace un lente – la alteración de la trayectoria de la luz que viaja a través de él.
Cabe señalar que la física newtoniana había sugerido también que la trayectoria de la luz podía ser alterada por la gravedad, pero esta hipótesis se basó en una definición que trataba la luz como una partícula con masa. Cuando finalmente se confirmó que los fotones de luz no tienen masa, el modelo newtoniano de la gravedad no fue suficiente para explicar cómo la gravedad podría afectarlos.
La lente gravitatoria también puede dar lugar a múltiples imágenes de objetos emisores de luz. En la Figura 1, la luz de una galaxia distante pasa a través de la zona curva del espacio-tiempo creado por un cúmulo de galaxias masivas. En ausencia de la lente gravitacional creada por el cúmulo, las dos líneas de color naranja (cada una en esencia representa una sola imagen de la galaxia) continuarían como líneas rectas en diferentes direcciones. En cambio, su trayectoria se curva a medida que viajan a través de la zona deformada alrededor del cúmulo y ambas se redirigen, de tal manera que cada una puede ser vista desde la tierra o desde un telescopio en órbita. Este diagrama ofrece una clara ilustración de que la “atracción gravitacional” entre la luz y el cúmulo de galaxias es la manifestación de los efectos que el espacio-tiempo curvado tuvo en la luz.
En la imagen del telescopio espacial Hubble (Figura 2), un lente gravitacional de “cinco estrellas” fue capturado por primera vez. Las regiones rodeadas por círculos azules representan un solo quásar (un núcleo galáctico extremadamente energético que rodea a un agujero negro supermasivo) que ha sido curvado por un cúmulo de galaxias masivas para producir cinco imágenes distintas – de ahí la caracterización de cinco estrellas.
Las lentes gravitacionales han proporcionado algo de la evidencia más contundente acerca de la existencia de la materia oscura en el universo. En términos muy básicos, los astrofísicos pueden utilizarlas para analizar el grado en que el espacio-tiempo se ha deformado y determinar la cantidad de masa necesaria para crear la distorsión observada. Las observaciones actuales indican que no hay en ningún sitio la cantidad de materia visible necesaria para generar las influencias gravitacionales observadas a través del universo. La hipótesis es que la materia oscura puede ser la solución a este enigma masa / gravedad (y es un tema demasiado grande para aventurarse más allá en este artículo.)
Curiosamente, esta imagen capturó otros dos fenómenos notables. El objeto encerrado en rojo es una galaxia muy lejana – cerca de 12 mil millones de años luz de distancia -, cuya luz se ha visto afectada por la lente, produciendo tres puntos de vista diferentes de la misma. El círculo amarillo rodea una supernova que ocurrió hace cerca de 7 mil millones de años. Fue descubierta mediante la comparación de la imagen con una de la misma región del Universo tomada un año antes.
Para aquellos que son nuevos en la astronomía, hay que señalar que todas las regiones de emisión de luz en esta imagen corresponden a una galaxia compuesta por miles de millones de estrellas. Cada imagen del Hubble puede servir para recordarnos cuán incomprensiblemente vasto es el Universo.
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