Lentes gravitacionales

Cómo la masa curva la luz en anillos, cruces y arcos, y nos deja pesar lo que no podemos ver

Paso a paso

La masa curva la luz

Para el Sol la desviación es diminuta. Para una galaxia entera, o un cúmulo de galaxias, es lo bastante grande para verse: una masa actúa como una lente irregular, y la luz de algo muy lejano detrás puede llegarnos desde más de una dirección. Aquí el punto oscuro es la lente (dibujada), y la galaxia de detrás se ve dos veces.

Alineándose

A medida que la galaxia de detrás se alinea con la lente, sus dos imágenes giran alrededor de la lente, se estiran y se avivan, y se unen en un anillo.

La ecuación de la lente dice de dónde parece venir la luz. Cuando la fuente está un poco fuera de la línea, hay dos imágenes, una a cada lado de la lente, un arco largo en el lado lejano y uno corto cerca del centro. Cuanto más cerca de la alineación, más se estiran las imágenes y más brillan.

En la alineación perfecta las dos imágenes se vuelven un círculo completo, el anillo de Einstein. Su radio, el radio de Einstein, crece con la raíz cuadrada de la masa de la lente. Puedes probarlo: arrastrar la imagen empuja la galaxia de detrás por la lente, y las imágenes la siguen.

La Cruz de Einstein

Cada imagen se aviva y se apaga por su cuenta, porque estrellas sueltas de la galaxia lente pasan por delante y la desvían otra vez. Los astrónomos usan ese parpadeo para estudiar el disco del cuásar, una región de solo días-luz de ancho que ningún telescopio podría ver directamente.

Pesando la materia oscura

El equipo de Clowe lo estudió en 2006. El brillo rosa es el gas caliente, visto en rayos X, que contiene la mayor parte de la materia ordinaria; el azul es la masa que hallan las lentes. Ambos están dibujados aquí donde se midieron: la masa no está donde está el gas.

El gas se frena con la colisión, como lo harían dos nubes de humo. La masa siguió moviéndose con las galaxias, como si fuera algo que se atraviesa a sí mismo. Es una de las mejores pruebas de que la mayor parte de la materia es oscura y apenas interactúa, y es difícil de explicar cambiando solo la gravedad.

Una estrella vista a través del tiempo

En 2022 el equipo de Welch encontró Earendel en un arco, el Arco del Amanecer, que un cúmulo estira a partir de una galaxia con corrimiento al rojo 6,2. Justo sobre una línea donde la lente es más fuerte, el aumento llega a cientos o miles, lo bastante para mostrar una sola estrella a una distancia donde de otro modo no se vería ninguna.

Las lentes son el telescopio de la propia naturaleza, y el Telescopio Espacial James Webb usa cúmulos así para sus imágenes más profundas. Si Earendel es una estrella o unas pocas aún se estudia. Lo que muestra la imagen es un punto de luz, dibujado en el arco donde se encontró.