La
teoría de la relatividad general describe la interacción gravitatoria entre
distintos cuerpos con masa. Einstein llegó a la conclusión de que la gravedad
no es una fuerza, como formuló Newton, sino una consecuencia de la geometría del
espacio-tiempo (el modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un
único concepto). Un cuerpo con masa deforma el espacio-tiempo formando una
curvatura que es mayor cuanto más cerca estamos del objeto. Esta deformación es
lo que atrae a los cuerpos entre ellos y provoca que otros objetos tales como
planetas, satélites, cometas…..que pasen cerca sigan trayectorias curvas.
Ahora
bien, ¿Qué ocurre con la luz? ¿También se puede curvar? Aunque pensemos que la
luz viaja en línea recta, no siempre es así. La luz procedente de astros
brillantes también se curva alrededor de un objeto con masa. Este objeto masivo
que curva la trayectoria de la luz se conoce como lente gravitacional.
Recibe
este nombre por tener un comportamiento análogo a una lente óptica, que también
desvía los rayos de luz. Como consecuencia, la imagen del astro que observamos
en el telescopio está desplazada y distorsionada en comparación a como la
veríamos en ausencia de la lente, es decir, si la luz hubiera viajado en línea
recta. Por otra parte, se observa también un aumento de la luminosidad de la
fuente, dicho de otro modo, vemos el objeto más brillante de lo que realmente
es. Esto se debe a que la lente gravitacional también focaliza los rayos de luz
al igual que una lupa.
Explorando la parte invisible de nuestro universo
Utilizando
las lentes gravitacionales, podemos estudiar las estructuras a gran escala de
materia del universo a partir de las distribuciones de galaxias que observamos
con los telescopios. Sin embargo, la mayoría de la materia del universo está
hecha de materia oscura, un tipo de materia que no emite luz y por lo tanto, no
podemos observar directamente. Solamente conocemos su existencia gracias a los
efectos gravitacionales que ésta ejerce en la materia visible.
Por
este motivo, es muy importante conocer la relación entre la distribución de
materia oscura y la distribución de galaxias. Las zonas con mayor densidad de
materia oscura atraerán gravitacionalmente materia visible como por ejemplo
estrellas, polvo y gas cósmico los cuales formarán galaxias en el futuro. Por
el contrario, las zonas con menor densidad de materia oscura podrían no
contener galaxias.
Una de las cuestiones más abiertas en la ciencia moderna es el de la naturaleza de la materia oscura. Al tratarse de materia, se pensaba que ésta estaría hecha de partículas. Sin embargo, debido a la ausencia de detecciones directas, los cosmólogos empezaron a buscar alternativas a este problema: la posibilidad de que la materia oscura esté hecha, o al menos parcialmente, de objetos compactos tales como agujeros negros. Las lentes gravitacionales son una herramienta poderosa para corroborar esta teoría. En particular la desviación de los rayos de luz será diferente si éstos atraviesan una zona de materia oscura hecha de objetos compactos o una zona de materia oscura difusa, es decir, hecha de partículas
Determinando la velocidad de expansión
del universo
Desde
que se formó el espacio y el tiempo con el Big Bang, el universo no ha dejado
de expandirse. De hecho, son muchas las observaciones que demuestran que éste
se expande de forma acelerada. La ley de Hubble establece que la velocidad a la
que se aleja una galaxia es proporcional a la distancia a la que está, es
decir, cuanto más lejos se encuentra una galaxia de otra, más rápido se aleja
Durante el
siglo XX una de las preguntas fundamentales de la cosmología fue el valor de la
constante de proporcionalidad de la ley de Hubble, o lo que es lo mismo, la
velocidad de expansión del universo. Esta constante se conoce como constante
de Hubble. Actualmente se estima que el valor está entre 67 y 73
(km/s)/Mpc, es decir, las galaxias se alejan de nosotros a unos 70 km/s por
cada megapársec (el pársec es la unidad de longitud que se usa en astronomía.
Equivale a unos 3 años luz; un megapársec es un millón de pársecs).
Uno de los métodos para determinar el valor de la constante de Hubble utiliza las lentes gravitacionales. Como se ha explicado anteriormente, una lente fuerte puede producir imágenes múltiples que aparecen de una única fuente de luz. En comparación con una trayectoria de luz recta, las trayectorias de luz en presencia de una lente gravitacional son curvas y por tanto más largas. Esto da lugar a un retraso en el tiempo.
Dicho de otro modo, las imágenes múltiples que
observamos no aparecerán simultáneamente sino que aparecerá una detrás de la
otra. Pues bien, se puede demostrar que el retraso en el tiempo de aparición de
estas imágenes es inversamente proporcional a la constante de Hubble. Por lo
tanto, la velocidad de expansión del universo se puede hallar utilizando lentes
gravitacionales.
En resumen,
las lentes gravitacionales son uno de los fenómenos más espectaculares
predichos por la teoría de la relatividad de Einstein. Su evidencia
experimental fue el impulso de esta teoría para ser aceptada por la comunidad
científica. Las aplicaciones de este efecto son innumerables ya que no necesita
luz para ser observado: desde la observación de materia oscura hasta la
detección de exoplanetas, y determinación de la velocidad de expansión del
universo. Las lentes gravitaciones se postulan como un campo independiente de
la cosmología que se utilizará para responder cuestiones fundamentales sobre
nuestro universo.
No hay comentarios:
Publicar un comentario