Los maravillosos fenómenos que predice la relatividad general de Einstein
Albert Einstein publicó en 1915 la teoría de la relatividad general. Una revolución absoluta a cómo entendíamos el universo. No solamente servía para explicar varios de los problemas que presentaba la ley de gravitación de Newton, sino que permitía hacer predicciones que con el tiempo serían confirmadas experimentalmente. Además de ser estéticamente impresionantes son de gran utilidad para encontrar lo que está oculto a grandes distancias.
La tela del espacio-tiempo
Nuestra primera comprensión de la gravedad era como una simple atracción entre objetos. Cuya intensidad era mayor según creciera el producto de ambas masas y decrecía con el cuadrado de la distancia. En este caso se asumía que la información contaba con la capacidad de viajar a velocidad infinita y alcanzar cualquier lugar instantáneamente. Aunque bien era necesario suponer un límite a la luz, servía para predecir la existencia de los agujeros negros.
Sin embargo, todo esto presentaba varios problemas. Uno de ellos era la incapacidad de explicar correctamente las perturbaciones sobre la órbita de Mercurio. Este problema fue insoluble hasta la publicación de la teoría de la relatividad general. Donde Einstein ofrecía una nueva perspectiva sobre como interactúa la materia. Proponiendo una interacción mutua entre los objetos en el universo y la tela del espacio-tiempo.
De forma sencilla, el espacio-tiempo le dice a la materia como moverse según su curvatura y la materia le dice al espacio-tiempo como curvarse. Es así como el Sol puede deformar esta tela y afectar la trayectoria normalmente recta que tendrían los planetas. Si un objeto se desplaza con relación a la estrella bajo una cierta velocidad quedaría atrapada en órbita.
El camino de la luz
Hasta el momento solo se ha hablado de cómo la materia afecta y se ve afectada por el espacio-tiempo. La luz es un caso diferente, dado que está no cuenta con masa. Es necesario resaltar que esto no implica una ausencia de energía o momento, solo que, en vez de estar relacionada con la velocidad del fotón, depende de la correspondiente longitud de onda.
Durante su viaje, la luz puede encontrarse con alteraciones en su trayectoria debido a la curvatura del espacio-tiempo. Aunque la luz no tiene realmente una interacción gravitacional directa con otros objetos, es el propio camino el que se ve afectado.
Lentes gravitacionales
La teoría de la relatividad general nos ofrece las herramientas matemáticas para predecir, por ejemplo, que tanto se puede curvar la luz al pasar a una distancia de un objeto con masa. Fue así como en 1919 durante un eclipse solar se la sometió a una prueba experimental, comparar la predicción y los datos experimentales. Según los cálculos una estrella debía cambiar su posición relativa a las otras estrellas. Esta fue una prueba de peso a favor del trabajo de Einstein
Todos los objetos con masa modifican el camino de la luz que pasa cerca a ellos. Desde la Luna, los planetas, el Sol, hasta cúmulos enteros. Cuando apuntamos nuestros telescopios hacia el universo, se puede dar la casualidad de encontrar dos galaxias en la misma dirección vista desde la Tierra. En este caso la más cercana alteraría fuertemente la luz que proviene de la más lejana. Provocando bien sean deformaciones, modificaciones en la longitud de onda o incluso amplificaciones, similar al efecto de un lente.
Las lentes gravitacionales son fenómenos naturales muy curiosos. No solo son efectos que van contra la intuición de curvatura de la luz, también ofrecen la posibilidad de estudiar objetos lejanos que de otra forma serían completamente invisibles con los instrumentos disponibles. Por ejemplo, las primeras galaxias que se formaron, debido a la expansión del universo, han sufrido un alargamiento en su longitud de onda. Para poder detectarlas se hace necesario observar en longitudes de infrarrojo cercano y medio, y para ver las más antiguas hace falta llegar hasta el lejano. Sin embargo, las lentes gravitacionales ofrecen la posibilidad de extender las detecciones mucho más lejos.
Anillos de Einstein-Jvolson
Por lo general el objeto que sirve como lente gravitacional, el deformado y la Tierra no cuentan con un alineamiento preciso. Dando como resultado una imagen irregular o movida hacia un lado. Pero cuando la alineación es casi perfecta se produce un nuevo fenómeno. En este la luz de la galaxia lejana es curvada casi a la perfección para generar una forma de anillo alrededor del lente.
Los anillos de Einstein son predichos por la relatividad general, aunque no sería hasta 1924 que Orest Jvolson propondría la existencia de estos. Sin embargo, Einstein penaba que aunque pueden ser reales, serían mucho más pequeños de lo que nuestros instrumentos serían capaces de detectar.
No sería hasta 1988 que usando el Very Large Array el equipo dirigido por Hewitt observaría por primera vez un anillo de Einstein-Jvolson. Encontraron un cuásar siendo amplificado por una galaxia, generando dos imágenes similares y separadas del objeto distante. 10 años después, empleando el telescopio espacial Hubble, un equipo de astrónomos encontrarían el primer anillo completo. Donde una galaxia elíptica alteraba la luz de una lejana galaxia enana.
En un fenómeno incluso más raro, tres galaxias se alinearían casi a la perfección vistas desde la Tierra para generar un anillo doble. El cual fue detectado por el telescopio espacial Hubble. Estas se encontraban a 3, 6 y 11 000 millones de años luz. Se estima que las probabilidades de encontrar algo así ronda en 1 entre 10 000.
De momento no existe un límite definido entre una simple lente gravitacional y un anillo de Einstein. Por esto se desconoce con precisión cuantos han sido observados.
Un universo de posibilidades
Las lentes gravitacionales sirven como una herramienta muy eficaz para entender el universo. Bien sea observar la composición, estructura y evolución de las galaxias y estrellas más distantes, o poder entender la distribución y proporción de materia ordinaria y materia oscura en el pasado y presente. También ofrecen la posibilidad de estudiar objetos pequeños a grandes distancias. Como la estrella Earendel descubierta por el Hubble, supernovas distantes o un candidato a agujero negro en el más reciente campo profundo de James Webb. Los astrónomos esperan encontrar muchos más lentes y anillos en el futuro gracias a la potencia observacional de los nuevos y futuros telescopios.