El radiotelescopio ALMA acaba de
captar uno de los casos más perfectos y espectaculares del fenómeno
conocido como 'anillos de Einstein'. La galaxia azulada en el centro de
la imagen actúa como una lente gravitacional que amplifica y distorsiona
la imagen de otra galaxia rojiza que se encuentra exactamente detrás de
la primera, pero muchísimo más lejos. El buen alineamiento entre las
dos galaxias hace que la luz de la más distante forme un anillo casi
completo en torno a la más próxima.
Un gigantesco telescopio natural
Cuando dos galaxias se encuentran en nuestra misma línea de mirada
podemos asistir a uno de los fenómenos más espectaculares de la
naturaleza: lo que se denomina una 'lente gravitacional'.
Esquema de lente gravitacional
NASA/ESA J. Richard (Caltech)
Este fenómeno se ilustra en la figura adjunta, en la que la esfera
azul representa a la Tierra y la esfera anaranjada a una galaxia cercana
que se encuentra bien alineada con la galaxia espiral más lejana. La
teoría de la relatividad general de Einstein predice que la galaxia
cercana distorsiona las líneas del espacio-tiempo, lo que se representa
con la malla amarilla de su entorno. Los rayos de luz emitidos por la
galaxia lejana se curvan siguiendo esta malla que los redirige hacia la
Tierra.
Los observadores en la Tierra veremos una imagen muy deformada de la
galaxia más distante: normalmente unos arcos luminosos en torno a la
imagen de la galaxia cercana.
Es un fenómeno similar al que se produce cuando observamos una luz a
través del fondo de un vaso con líquido y vemos la imagen deformada de
la fuente luminosa. La galaxia más próxima actúa como una lente colosal
que redirige los rayos de la luz emitida detrás para crear una imagen
distorsionada. Se trata de una especie de gigantesco telescopio
proporcionado por la propia naturaleza.
Otra acertada predicción de Einstein
El fenómeno de lente gravitacional fue predicho por el propio Albert
Einstein poco después del enunciado de la relatividad general, teoría de
la que celebramos en este año su centenario. Por eso las figuras
circulares resultantes reciben el nombre de 'anillos de Einstein'. El
gran físico estimaba que se trataba de un fenómeno muy sutil y dudaba de
que pudiese llegar un día en que se observarse por lo que, más que una
herramienta de trabajo, lo consideró una mera curiosidad.
Sin embargo, gracias al progreso de la observación astronómica se
conocen hoy centenares de lentes gravitacionales. Muchas de tales lentes
tienen la forma bien circular, aunque casi siempre incompleta, de los
anillos de Einstein. Los anillos bien circulares y completos son raros,
pues solo se forman cuando las dos galaxias se encuentran exactamente
sobre la misma línea de mirada desde la Tierra.
Arcos de Einstein en el cúmulo A2218
NASA,ESA, A. Fruchter & A. Kelly
Cuando hay varios objetos en la misma línea de mirada se producen
arcos múltiples, más o menos centrados sobre la lente dependiendo del
alineamiento relativo. Muchos de estos anillos de Einstein se detectan
bien mediante observaciones en radioastronomía.
Una mirada al joven Universo
Emisión del polvo en SDP.81, récord de nitidez con ALMA
ALMA/ESO/NRAO/NAOJ
Entre septiembre y diciembre del año pasado, ALMA
estuvo realizando las primeras observaciones con las antenas del
interferómetro separadas por distancias de hasta 15 kilómetros. Para comparación, hay que tener en cuenta que los demás
observatorios de este tipo de ondas tienen sus antenas separadas por
distancias menores de 2 kilómetros. Estas grandes líneas de base
proporcionan la altísima nitidez que es precisa para obtener la imagen
tan detallada de la galaxia SDP.81 que encabeza este artículo y que es
la de mayor resolución angular lograda por ALMA hasta la fecha: 23
milésimas de segundo de arco.
Situada a unos 12 mil millones de años luz de distancia, la joven
galaxia SDP.81 contiene grandes cantidades de polvo, gas molecular e
intensa formación estelar. Su intensa emisión en ondas submilimétricas
propició que fuese descubierta por el Observatorio Espacial de
Infrarrojos Herschel de la ESA y hace ahora que pueda ser detectada
fácilmente por ALMA. En contraste, la galaxia más próxima, que amplifica
y distorsiona la luz de la primera, se encuentra a 'tan solo' 4 mil
millones de años luz y es bien observable en el óptico por el telescopio
espacial Hubble.
Imagen combinada con emisiones del polvo y del monóxido de carbono
ALMA/ESO/NRAO/NAOJ
Realmente ALMA ha producido varias imágenes de SDP.81. La de mayor
nitidez se obtuvo observando la emisión de las pequeñas partículas
sólidas repartidas por la galaxia. Este polvo se encuentra contenido en
grandes nubes de gas molecular constituidas principalmente por
hidrógeno, que no es emisor intenso. Otras moléculas de estas nubes,
como el dióxido de carbono y el agua, sí que emiten lo suficiente como
para poder estudiar su distribución en la galaxia lejana. Debido al
tiempo que tarda la luz en llegar desde la remota SDP.81 hasta la
Tierra, y gracias al efecto de lente gravitacional, ALMA nos permite
observar una galaxia tal y como era cuando el Universo era muy joven,
pues apenas tenía el 15% de su edad actual. Resulta muy significativo
constatar que el Universo aún tan joven ya poseía grandes cantidades de
carbono y agua.
También interesante
- Los resultados obtenidos por ALMA sobre SDP.81 ya han dado lugar a dos publicaciones científicas que pueden ser consultadas aquí y aquí.
- La primera lente gravitacional se observó en 1979 cuando los astrónomos Kyongae Chang y Sjur Refsdal midieron variaciones en el brillo de un cuásar lejano producidas por el efecto de las estrellas individuales de una galaxia cercana.
- El poder de resolución obtenido por ALMA en la observación del anillo polvoriento de SDP.81 (23 milisegundos de arco) es el mismo que sería necesario para, por ejemplo, poder ver el aro de una canasta de baloncesto puesta sobre la torre Eiffel desde lo alto del Empire State Building en Nueva York.
ELMUNDO
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