Lentes Gravitacionales: “La atracción de la luz por la materia” Prof. Leonardo Castañeda

VIDEO 1

Motivación Es uno de los más grandes logros de la Teoría de la Relatividad General. Se destacan ilusiones ópticas fascinantes como multiplicidad de imágenes, magnificación y deformación de las mismas, entre otras. Es una herramienta poderosa para resolver diversos problemas astrofísicos.

VIDEO 2

Algo de historia... En 1804 el astrónomo, matemático y geodesta alemán, Johann Soldner, exploró por primera vez la desviación de la luz pasando muy cerca al Sol, y predijo que este ángulo era de 0,84 arcos de segundo.

En 1911 Albert Einstein publicó un artículo titulado “Sobre la influencia de la gravedad en la propagación de la luz”, y aunque para ese momento no había desarrollado completamente la Teoría de la Relatividad, dedujo que el ángulo debía ser 0,83 arcseg.

En 1914 se intentó medir el mencionado ángulo durante un eclipse de Sol en la península Rusa de Crimea, pero la primera guerra mundial impidió la misión. Pero Einstein desarrolló su TR antes de 1918 y predijo, esta vez correctamente, que el ángulo debía ser 1,74 arcseg, es decir el doble del anteriormente dicho.

Para fortuna de Einstein, su teoría dió un paso decisivo cuando en 1919, durante un eclipse solar, Sir. Arthur Eddington confirmó este valor. Recientemente éste ángulo se ha medido con un error del 0,02%.

La Teoría de la Relatividad General postula Energía y Momento ⇔ Geometría Esta relación toma forma en las denominadas Ecuaciones de Campo de Einstein, las cuales rigen el comportamiento de la materia en un espacio-tiempo curvo (gravedad), y así mismo, la curvatura del espacio-tiempo debido a la presencia de una masa.

VIDEO 3

Johann Solder Albert Einstein

VIDEO 4

Subdisciplinas (cronológico) Multiplicidad de imágenes de Cuásars Microlensamiento de Cuásars Anillos de Einstein Arcos luminosos (Lensamiento Fuerte) Lensamiento Débil Aspectos cosmológicos del Lensamiento Fuerte Microlensamiento Galáctico

Multiplicidad de imágenes La primera observación de un objeto lensado fue el cuásar doble Q0957+561, donde una masa súper gravitacional produce dos imágenes del mismo. Arriba, Q0957+561 con z=1.41 y la galaxia lente con z=0.36, fuente HST.

Multiplicidad de imágenes de una cuásar. Fuente Observatorio Astronómico de Japón.

¿Pero cómo se sabe que son varias imágenes del mismo objeto?: Los espectros de varias imágenes parecen ser los mismos (idénticos). Los Redshifts (distancias) de las imágenes son idénticos. Existe un objeto entre las imágenes con un redshift mucho menor. Los flujos de las imágenes siguen curvas idénticas

Microlensamiento de Cuásars El paquete de luz que proviene de los Cuásars lensados cruza a través de nuevas galaxias o de sus halos, de modo que nuevas imágenes sean formadas. En este caso hoyos negros, estrellas, enanas marrón, incluso planetas actúan como lentes compactos o “microlentes”. VIDEO 5

Distribución de magnificación bidimensional en el plano de la fuente, el cual consiste de muchas cáusticas, figura. El color da cuenta de la magnificación como función de la posición del Cuásar: la secuencia azul, rojo, verde, amarillo indica incremento de la magnificación.

Dos imágenes del mismo Cuásar tomadas en 1991 y 1994, claramente se ve el cambio en el brillo aparente. Nótese la multiplicidad de imágenes, en este caso el paquete de luz original proveniente del Cuásar está siendo dividido en cuatro imágenes.

Anillos de Einstein Si tanto la fuente como la lente son puntuales o tienen simetría esférica y reposan en la misma línea que los une al observador, se forma una imagen anular.

Arcos luminosos Las galaxias también pueden ser lensadas gravitacionalmente. Sus imágenes pueden ser magnificadas, distorsionadas y fuertemente elongadas

VIDEO 6

El análisis de arcos gigantes en cúmulos de galaxias evidencian fuertemente existencia de una misteriosa materia oscura dominante en los núcleos de los mismos. Los modelos de masa de cúmulos de galaxias son entonces una posibilidad de descripción cuantitativa del universo. VIDEO 7

Lensamiento Débil Se refiere a los efectos de la deflexión de la luz que no pueden ser medidos individualmente, sino más bien en un entorno estadístico. Además actúa en la línea de visión de todo el universo, por lo tanto cada trayectoria fotónica se verá afectada por todas las inhomogeneidades de materia.

A partir de éste principio se puede reconstruír la distribución de masa que causa la distorsión.

VIDEO 8

Microlensamiento Galáctico

VIDEO 9

Aplicaciones