Lentes gravitacionais

Como a massa curva a luz em anéis, cruzes e arcos, e nos deixa pesar o que não podemos ver

Passo a passo

A massa curva a luz

Para o Sol o desvio é minúsculo. Para uma galáxia inteira, ou um aglomerado de galáxias, é grande o bastante para se ver: uma massa age como uma lente irregular, e a luz de algo muito distante atrás dela pode chegar até nós vinda de mais de uma direção. Aqui o ponto escuro é a lente (desenhada), e a galáxia atrás dela é vista duas vezes.

Alinhando

À medida que a galáxia de trás se alinha com a lente, suas duas imagens giram em torno da lente, se esticam e brilham mais, e se juntam num anel.

A equação da lente diz de onde a luz parece vir. Quando a fonte está um pouco fora da linha, há duas imagens, uma de cada lado da lente, um arco longo no lado distante e um curto perto do centro. Quanto mais perto o alinhamento, mais as imagens se esticam e mais brilham.

No alinhamento perfeito as duas imagens viram um círculo completo, o anel de Einstein. Seu raio, o raio de Einstein, cresce com a raiz quadrada da massa da lente. Você pode tentar: arrastar a imagem empurra a galáxia de trás pela lente, e as imagens a seguem.

A Cruz de Einstein

Cada imagem brilha e some por conta própria, porque estrelas isoladas da galáxia lente passam na frente dela e a desviam outra vez. Os astrônomos usam essa cintilação para estudar o disco do quasar, uma região de apenas dias-luz de largura que nenhum telescópio poderia ver diretamente.

Pesando a matéria escura

A equipe de Clowe o estudou em 2006. O brilho rosa é o gás quente, visto em raios X, que contém a maior parte da matéria comum; o azul é a massa que as lentes encontram. Ambos estão desenhados aqui onde foram medidos: a massa não está onde está o gás.

O gás é freado pela colisão, como duas nuvens de fumaça seriam. A massa continuou se movendo com as galáxias, como se fosse algo que atravessa a si mesmo. Esta é uma das melhores provas de que a maior parte da matéria é escura e quase não interage, e é difícil de explicar mudando apenas a gravidade.

Uma estrela vista através do tempo

Em 2022 a equipe de Welch encontrou Earendel num arco, o Arco do Amanhecer, que um aglomerado estica a partir de uma galáxia com desvio para o vermelho 6,2. Bem sobre uma linha onde a lente é mais forte, a ampliação chega a centenas ou milhares, o bastante para mostrar uma única estrela a uma distância em que nenhuma poderia ser vista de outro modo.

A lente gravitacional é o telescópio da própria natureza, e o Telescópio Espacial James Webb usa aglomerados assim para suas imagens mais profundas. Se Earendel é uma estrela ou algumas ainda está sendo estudado. O que a imagem mostra é um ponto de luz, desenhado no arco onde foi encontrado.