Che cos’è il Lensing gravitazionale?
Quando viene portata all’estremo, la gravità può creare alcuni intriganti effetti visivi che l’Hubble è adatto ad osservare. La teoria generale della relatività di Einstein descrive come le concentrazioni di massa distorcano lo spazio intorno a loro. Una lente gravitazionale può verificarsi quando un’enorme quantità di materia, come un ammasso di galassie, crea un campo gravitazionale che distorce e ingrandisce la luce di galassie lontane che si trovano dietro di esso ma nella stessa linea di vista. L’effetto è come guardare attraverso una lente d’ingrandimento gigante. Permette ai ricercatori di studiare i dettagli delle prime galassie troppo lontane per essere viste con la tecnologia e i telescopi attuali.
Oggetti più piccoli, come singole stelle, possono anche agire come lenti gravitazionali quando passano davanti a stelle più lontane. Per alcuni giorni o settimane, la luce della stella più lontana appare temporaneamente più luminosa perché viene ingrandita dalla gravità dell’oggetto più vicino. Questo effetto è noto come microlensing gravitazionale.
Il tipo più semplice di lente gravitazionale si verifica quando c’è una singola concentrazione di materia al centro, come il nucleo denso di una galassia. La luce di una galassia lontana viene reindirizzata intorno a questo nucleo, spesso producendo immagini multiple della galassia di sfondo. Quando la lente si avvicina alla simmetria perfetta, viene prodotto un cerchio di luce completo o quasi completo, chiamato anello di Einstein. Le osservazioni di Hubble hanno contribuito ad aumentare notevolmente il numero di anelli di Einstein noti agli astronomi.
Lenti gravitazionali più complesse sorgono nelle osservazioni di massicci ammassi di galassie. Mentre la distribuzione della materia in un ammasso di galassie generalmente ha un centro, non è mai circolarmente simmetrica e può essere significativamente grumosa. Le galassie di sfondo sono sottoposte a lente dall’ammasso e le loro immagini appaiono spesso come brevi e sottili “archi di lente” intorno alla periferia dell’ammasso.
Queste immagini con lenti agiscono anche come sonde della distribuzione della materia nell’ammasso di galassie. I risultati indicano che la maggior parte della materia in un ammasso di galassie non si trova nelle galassie visibili o nel gas caldo che le circonda e non emette luce, ed è quindi chiamata materia oscura. La distribuzione delle immagini delle lenti riflette la distribuzione di tutta la materia, sia visibile che oscura. Le immagini della lente gravitazionale di Hubble sono state usate per creare mappe della materia oscura negli ammassi di galassie.
A sua volta, una mappa della materia in un ammasso di galassie aiuta a fornire una migliore comprensione e analisi delle immagini con lente gravitazionale. Un modello della distribuzione della materia può aiutare a identificare immagini multiple della stessa galassia o prevedere dove le galassie più lontane hanno la probabilità di apparire nell’immagine di un ammasso di galassie. Gli astronomi lavorano tra le lenti gravitazionali e la distribuzione della materia degli ammassi per migliorare la nostra comprensione di entrambi.
Perché le galassie molto lontane sono molto deboli, le lenti gravitazionali estendono la vista di Hubble più in profondità nell’universo. Le lenti gravitazionali non solo distorcono l’immagine di una galassia di sfondo, ma possono amplificare la sua luce. Guardando attraverso un ammasso di galassie con lenti, Hubble può vedere galassie più deboli e lontane di quanto sarebbe altrimenti possibile. È come avere una lente in più della dimensione dell’ammasso di galassie. Il progetto Frontier Fields ha esaminato più ammassi di galassie, misurato la loro distribuzione di lenti e materia e identificato una collezione di queste galassie più distanti.
Le diverse immagini con lenti di croci, anelli, archi e altro sono sia intriganti che informative. Le lenti gravitazionali sondano la distribuzione della materia nelle galassie e negli ammassi di galassie, e permettono osservazioni dell’universo lontano. I dati di Hubble forniranno anche una base e una guida per il James Webb Space Telescope, le cui osservazioni a infrarossi si spingeranno ancora più lontano nel cosmo.
