¿Qué son los lentes gravitacionales?
Cuando se lleva al extremo, la gravedad puede crear algunos efectos visuales intrigantes que el Hubble está bien preparado para observar. La teoría general de la relatividad de Einstein describe cómo las concentraciones de masa distorsionan el espacio que las rodea. Una lente gravitacional puede producirse cuando una enorme cantidad de materia, como un cúmulo de galaxias, crea un campo gravitacional que distorsiona y magnifica la luz de galaxias lejanas que están detrás de ella pero en la misma línea de visión. El efecto es como mirar a través de una lupa gigante. Permite a los investigadores estudiar los detalles de las primeras galaxias, demasiado lejanas para ser vistas con la tecnología y los telescopios actuales.
Los objetos más pequeños, como las estrellas individuales, también pueden actuar como lentes gravitacionales cuando pasan por delante de estrellas más lejanas. Durante unos días o semanas, la luz de la estrella más lejana parece temporalmente más brillante porque es magnificada por la gravedad del objeto más cercano. Este efecto se conoce como microlente gravitacional.
El tipo más sencillo de lente gravitacional se produce cuando hay una única concentración de materia en el centro, como el denso núcleo de una galaxia. La luz de una galaxia lejana se redirige alrededor de este núcleo, produciendo a menudo múltiples imágenes de la galaxia de fondo. Cuando la lente se acerca a la simetría perfecta, se produce un círculo de luz completo o casi completo, llamado anillo de Einstein. Las observaciones del Hubble han contribuido a aumentar en gran medida el número de anillos de Einstein conocidos por los astrónomos.
Una lente gravitacional más compleja surge en las observaciones de cúmulos masivos de galaxias. Aunque la distribución de la materia en un cúmulo de galaxias generalmente tiene un centro, nunca es circularmente simétrica y puede ser significativamente desigual. Las galaxias de fondo son captadas por el cúmulo y sus imágenes suelen aparecer como «arcos de lente» cortos y delgados alrededor de las afueras del cúmulo.
Estas imágenes con lente también actúan como sondas de la distribución de la materia en el cúmulo de galaxias. Los resultados indican que la mayor parte de la materia de un cúmulo de galaxias no está en las galaxias visibles ni en el gas caliente que las rodea y no emite luz, por lo que se denomina materia oscura. La distribución de las imágenes de la lente refleja la distribución de toda la materia, tanto la visible como la oscura. Las imágenes de lentes gravitacionales del Hubble se han utilizado para crear mapas de la materia oscura en los cúmulos de galaxias.
A su vez, un mapa de la materia en un cúmulo de galaxias ayuda a comprender y analizar mejor las imágenes de lentes gravitacionales. Un modelo de la distribución de la materia puede ayudar a identificar múltiples imágenes de la misma galaxia o predecir dónde es probable que aparezcan las galaxias más distantes en la imagen de un cúmulo de galaxias. Los astrónomos trabajan entre las lentes gravitacionales y la distribución de la materia de los cúmulos para mejorar nuestra comprensión de ambas.
Debido a que las galaxias muy lejanas son muy débiles, las lentes gravitacionales extienden la visión de Hubble más profundamente en el universo. Las lentes gravitacionales no sólo distorsionan la imagen de una galaxia de fondo, sino que pueden amplificar su luz. Mirando a través de un cúmulo de galaxias, el Hubble puede ver galaxias más débiles y distantes de lo que sería posible de otro modo. Es como tener una lente adicional del tamaño del cúmulo de galaxias. El proyecto Frontier Fields ha examinado múltiples cúmulos de galaxias, ha medido sus lentes y la distribución de la materia y ha identificado una colección de estas galaxias más distantes.
Las diversas imágenes con lentes de cruces, anillos, arcos y más son tanto intrigantes como informativas. Las lentes gravitacionales sondean la distribución de la materia en las galaxias y los cúmulos de galaxias, y permiten observar el universo lejano. Los datos del Hubble también servirán de base y guía para el telescopio espacial James Webb, cuyas observaciones en el infrarrojo se adentrarán aún más en el cosmos.
