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Anillo de Einstein

Anillo de Einstein, creado por una galaxia cercana ( NGC 6505 ) que distorsiona la luz de una galaxia distante. En esta imagen se pueden apreciar cuatro imágenes de la galaxia d...

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Anillo de Einstein, creado por una galaxia cercana ( NGC 6505 ) que distorsiona la luz de una galaxia distante. En esta imagen se pueden apreciar cuatro imágenes de la galaxia distante, que corresponden a cuatro puntos brillantes.

Un anillo de Einstein , también conocido como anillo de Einstein-Chwolson o anillo de Chwolson (en honor a Orest Chwolson ), se crea cuando la luz de una galaxia o estrella pasa cerca de un objeto masivo en su camino hacia la Tierra. Debido al efecto de lente gravitacional , la luz se desvía, lo que hace que parezca provenir de diferentes lugares. Si la fuente, la lente y el observador están perfectamente alineados ( sizigia ), la luz aparece como un anillo.

Introducción

La lente gravitacional está predicha por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . [ 1 ] En lugar de que la luz de una fuente viaje en línea recta (en tres dimensiones), se curva por la presencia de un cuerpo masivo, lo que distorsiona el espacio-tiempo . Un anillo de Einstein es un caso especial de lente gravitacional, causado por la alineación exacta de la fuente, la lente y el observador. Esto produce simetría alrededor de la lente, creando una estructura en forma de anillo. [ 2 ]

La geometría de un anillo de Einstein completo, causada por una lente gravitacional.

El tamaño de un anillo de Einstein viene dado por el radio de Einstein . En radianes , es

θ1=4GRAMOMETROdo2DLSDSDL,{\displaystyle \theta _{1}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {D_{LS}}{D_{S}D_{L}}}}},}

dónde

GRAMO{\displaystyle G}es la constante gravitacional ,
METRO{\displaystyle M}es la masa de la lente,
do{\displaystyle c}es la velocidad de la luz ,
DL{\displaystyle D_{L}}es la distancia del diámetro angular a la lente,
DS{\displaystyle D_{S}}es la distancia del diámetro angular a la fuente, y
DLS{\displaystyle D_{LS}}es la distancia del diámetro angular entre la lente y la fuente. [ 3 ]

A distancias cosmológicasDLS≠DS−DL{\displaystyle D_{LS}\neq D_{S}-D_{L}}en general.

Historia

La desviación de la luz por un cuerpo gravitacional fue predicha por Albert Einstein en 1912, pocos años antes de la publicación de la relatividad general en 1916 (Renn et al. 1997). El efecto del anillo fue mencionado por primera vez en la literatura académica por Orest Khvolson en un breve artículo en 1924, en el que mencionó el "efecto halo" de la gravitación cuando la fuente, la lente y el observador están en una alineación casi perfecta. [ 4 ] Einstein comentó sobre este efecto en 1936 en un artículo motivado por una carta de un ingeniero checo, RW Mandl, [ 5 ] pero afirmó

Por supuesto, no hay esperanza de observar este fenómeno directamente. Primero, difícilmente nos acercaremos lo suficiente a una línea central de tal magnitud. Segundo, el ángulo β superará la capacidad de resolución de nuestros instrumentos.

— Ciencia, vol. 84, pág. 506. 1936

(En esta afirmación, β es el ángulo de Einstein que actualmente se denota porθ1,{\displaystyle \theta _{1},}como en la expresión anterior.) Sin embargo, Einstein solo estaba considerando la probabilidad de observar anillos de Einstein producidos por estrellas, que es baja; la probabilidad de observar aquellos producidos por lentes más grandes, como galaxias o agujeros negros, es mayor ya que el tamaño angular de un anillo de Einstein aumenta con la masa de la lente.

El primer anillo de Einstein completo, denominado B1938+666, fue descubierto en 1998 gracias a la colaboración entre astrónomos de la Universidad de Manchester y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA . [ 6 ]

Aparentemente no se han observado casos de una estrella formando un anillo de Einstein con otra estrella, pero existe un 45% de probabilidad de que esto ocurra a principios de mayo de 2028, cuando Alfa Centauri A pase entre nosotros y una estrella roja distante. [ 7 ]

Anillos de Einstein conocidos

Imagen de "Smiley" o "Gato de Cheshire" del cúmulo de galaxias (SDSS J1038+4849) y lente gravitacional (un "anillo de Einstein") descubierto por un equipo internacional de científicos, [ 8 ] fotografiado con HST [ 9 ]

Actualmente se conocen cientos de lentes gravitacionales. Alrededor de media docena de ellas son anillos de Einstein parciales con diámetros de hasta un segundo de arco , aunque, debido a que la distribución de masa de las lentes no es perfectamente simétrica axialmente , o a que la fuente, la lente y el observador no están perfectamente alineados, aún no hemos visto un anillo de Einstein perfecto. La mayoría de los anillos se han descubierto en el rango de radio. El grado de completitud necesario para que una imagen vista a través de una lente gravitacional se considere un anillo de Einstein aún no se ha definido.

El primer anillo de Einstein fue descubierto por Hewitt et al. (1988), quienes observaron la fuente de radio MG1131+0456 utilizando el Very Large Array . Esta observación mostró un cuásar desviado por una galaxia más cercana, formando dos imágenes separadas pero muy similares del mismo objeto, las cuales se estiraron alrededor de la lente hasta formar un anillo casi completo. [ 10 ] Estas imágenes duales son otro posible efecto de la falta de alineación perfecta entre la fuente, la lente y el observador.

Imagen en falso color del JWST de SPT0418-47 , una galaxia de alto corrimiento al rojo rica en moléculas orgánicas, que aparece como un anillo de Einstein casi perfecto.

El primer anillo de Einstein completo que se descubrió fue B1938+666 , hallado por King et al. (1998) mediante el seguimiento óptico con el Telescopio Espacial Hubble de una lente gravitacional captada por MERLIN . [ 6 ] [ 11 ] La galaxia que causa la lente en B1938+666 es una galaxia elíptica antigua , y la imagen que vemos a través de la lente es una galaxia satélite enana oscura , que de otro modo no podríamos ver con la tecnología actual. [ 12 ]

En 2005, la potencia combinada del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) con el Telescopio Espacial Hubble se utilizó en el Sloan Lens ACS (SLACS) para encontrar 19 nuevas lentes gravitacionales, 8 de las cuales mostraron anillos de Einstein, [ 13 ] estas son las 8 que se muestran en la imagen adyacente. Hasta 2009, este estudio había encontrado 85 lentes gravitacionales confirmadas, pero aún no se sabe cuántas muestran anillos de Einstein. [ 14 ] Este estudio es responsable de la mayoría de los descubrimientos recientes de anillos de Einstein en el rango óptico; a continuación se muestran algunos ejemplos de los encontrados:

  • PARA J0332-3557 , descubierto por Remi Cabanac et al. en 2005, [ 15 ] notable por su alto corrimiento al rojo que nos permite usarlo para hacer observaciones sobre el universo temprano .
  • La " Herradura Cósmica " es un anillo de Einstein parcial que se observó a través de la lente gravitacional de LRG 3-757, una galaxia roja luminosa distintivamente grande. Fue descubierta en 2007 por V. Belokurov et al. [ 16 ]
  • SDSSJ0946+1006 , el "doble anillo de Einstein", fue descubierto por Raphael Gavazzi y Tommaso Treu [ 17 ] en 2008, notable por la presencia de múltiples anillos observados a través de la misma lente gravitacional, cuyo significado se explica en la siguiente sección sobre anillos adicionales .

Otro ejemplo es el anillo de Einstein de radio/rayos X alrededor de PKS 1830-211 , que es inusualmente fuerte en radio. [ 18 ] Fue descubierto en rayos X por Varsha Gupta et al. en el observatorio de rayos X Chandra. [ 19 ] También es notable por ser el primer caso de un cuásar con lente gravitacional por una galaxia espiral casi de frente . [ 20 ]

La galaxia MG1654+1346 presenta un anillo de radio. La imagen en el anillo es la de un lóbulo de radio de cuásar , descubierto en 1989 por G. Langston et al. [ 21 ]

En junio de 2023, un equipo de astrónomos liderado por Justin Spilker anunció el descubrimiento de un anillo de Einstein en una galaxia distante rica en moléculas orgánicas ( hidrocarburos aromáticos ). [ 22 ] [ 23 ]

En septiembre de 2023, un científico llamado Bruno Altieri vio un indicio de un anillo de Einstein en los datos que enviaba el telescopio espacial Euclid. [ 24 ] El anillo se encuentra en una galaxia, NGC 6505, que no está muy lejos de la Tierra, a unos 600 millones de años luz de distancia. [ 25 ]

En febrero de 2025, el telescopio espacial Euclid capturó un anillo de Einstein casi perfecto alrededor de la galaxia NGC 6505 , a unos 590 millones de años luz de distancia. Este efecto de lente gravitacional desvió la luz de una galaxia de fondo situada a 4420 millones de años luz de distancia. [ 26 ]

Anillos adicionales

SDSSJ0946+1006 es un anillo doble de Einstein. Crédito: HST / NASA / ESA

Utilizando el Telescopio Espacial Hubble, Raphael Gavazzi del STScI y Tommaso Treu de la Universidad de California, Santa Bárbara , descubrieron un anillo doble . Este anillo se origina a partir de la luz de tres galaxias situadas a distancias de 3, 6 y 11 mil millones de años luz. Dichos anillos ayudan a comprender la distribución de la materia oscura , la energía oscura , la naturaleza de las galaxias distantes y la curvatura del universo . La probabilidad de encontrar un anillo doble alrededor de una galaxia masiva es de 1 entre 10 000. Analizar 50 anillos dobles adecuados proporcionaría a los astrónomos una medición más precisa del contenido de materia oscura del universo y de la ecuación de estado de la energía oscura con una precisión del 10 %. [ 27 ]

Simulación

Más abajo, en la sección Galería, se muestra una simulación que representa un acercamiento a un agujero negro de Schwarzschild en el plano de la Vía Láctea, entre nosotros y el centro de la galaxia. El primer anillo de Einstein es la región más distorsionada de la imagen y muestra el disco galáctico . El acercamiento revela entonces una serie de cuatro anillos adicionales, cada vez más delgados y cercanos a la sombra del agujero negro. Son imágenes múltiples del disco galáctico. El primero y el tercero corresponden a puntos que se encuentran detrás del agujero negro (desde la posición del observador) y corresponden aquí a la región amarilla brillante del disco galáctico (cerca del centro galáctico), mientras que el segundo y el cuarto corresponden a imágenes de objetos que se encuentran detrás del observador, que aparecen más azules, ya que la parte correspondiente del disco galáctico es más delgada y, por lo tanto, más tenue aquí.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Overbye, Dennis (5 de marzo de 2015). "Los astrónomos observan una supernova y descubren que están viendo repeticiones" . The New York Times . Consultado el 5 de marzo de 2015 .
  2. ↑ Drakeford, Jason; Corum, Jonathan; Overbye, Dennis (5 de marzo de 2015). "El telescopio de Einstein: vídeo (02:32)" . The New York Times . Consultado el 27 de diciembre de 2015 .
  3. ↑ Pritchard, Jonathan. "Lente gravitacional" (PDF) . Harvard y Smithsonian. pág. 19. Consultado el 21 de diciembre de 2019 . 
  4. ↑ Turner, Christina (14 de febrero de 2006). "La historia temprana de las lentes gravitacionales" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 25 de julio de 2008.
  5. ↑ Maurer, Stephen M. "IDEA MAN" (PDF) . www.slac.stanford.edu . Consultado el 4 de noviembre de 2023 .
  6. 1 2 "Un blanco perfecto para MERLIN y el Hubble" . Universidad de Manchester. 27 de marzo de 1998.
  7. ↑ P. Kervella; et al. (19 de octubre de 2016). "Conjunciones estelares cercanas de α Centauri A y B hasta 2050". Astronomía y Astrofísica . 594 : A107. arXiv : 1610.06079 . Bibcode : 2016A y A...594A.107K . doi : 10.1051/0004-6361/201629201 . S2CID 55865290 .  
  8. ↑ Belokurov, V.; et al. (enero de 2009). "Dos nuevas lentes gravitacionales de gran separación del SDSS" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 392 (1): 104– 112. arXiv : 0806.4188 . Bibcode : 2009MNRAS.392..104B . doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.14075.x . S2CID 14154993 .  
  9. ↑ Loff, Sarah; Dunbar, Brian (10 de febrero de 2015). "Hubble ve una lente sonriente" . NASA . Recuperado el 10 de febrero de 2015 .
  10. ↑ "Descubrimiento de la primera lente gravitacional del "anillo de Einstein" . NRAO . 2000. Consultado el 8 de febrero de 2012 .
  11. ↑ Browne, Malcolm W. (31 de marzo de 1998) .Se descubre un "anillo de Einstein" causado por la distorsión del espacio . The New York Times . Consultado el 1 de mayo de 2010 .
  12. ↑ Vegetti, Simona; et al. (enero de 2012). "Detección gravitacional de un satélite oscuro de baja masa a distancia cosmológica". Nature . 481 (7381): 341– 343. arXiv : 1201.3643 . Bibcode : 2012Natur.481..341V . doi : 10.1038/nature10669 . PMID 22258612 . S2CID 205227095 .   
  13. ↑ Bolton, A; et al. "Hubble, Sloan cuadruplican el número de anillos ópticos de Einstein conocidos" . Hubblesite . Consultado el 16 de julio de 2014 . 
  14. ↑ Auger, Matt; et al. (noviembre de 2009). "The Sloan Lens ACS Survey. IX. Colors, Lensing and Stellar Masses of Early-type Galaxies". The Astrophysical Journal . 705 (2): 1099– 1115. arXiv : 0911.2471 . Bibcode : 2009ApJ...705.1099A . doi : 10.1088/0004-637X/705/2/1099 . S2CID 118411085 .  
  15. ↑ Cabanac, Remi; et al. (27-04-2005). "Descubrimiento de un anillo de Einstein de alto corrimiento al rojo". Astronomía y Astrofísica . 436 (2): L21– L25. arXiv : astro-ph/0504585 . Bibcode : 2005A & A...436L..21C . doi : 10.1051/0004-6361:200500115 . S2CID 15732993 .  
  16. ↑ Belokurov, V.; et al. (diciembre de 2007). "La herradura cósmica: descubrimiento de un anillo de Einstein alrededor de una galaxia roja luminosa gigante". The Astrophysical Journal . 671 (1): L9– L12. arXiv : 0706.2326 . Bibcode : 2007ApJ...671L...9B . doi : 10.1086/524948 . S2CID 9908281 .  
  17. ↑ Gavazzi, Raphael; et al. (abril de 2008). "The Sloan Lens ACS Survey. VI: Discovery and Analysis of a Double Einstein Ring". The Astrophysical Journal . 677 (2): 1046– 1059. arXiv : 0801.1555 . Bibcode : 2008ApJ...677.1046G . doi : 10.1086/529541 . S2CID 14271515 .  
  18. ↑ Mathur, Smita; Nair, Sunita (20 de julio de 1997). "Absorción de rayos X hacia la fuente del anillo de Einstein PKS 1830-211". The Astrophysical Journal . 484 (1): 140– 144. arXiv : astro-ph/9703015 . Bibcode : 1997ApJ...484..140M . doi : 10.1086/304327 . S2CID 11435604 . 
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  26. ↑ Strickland, Ashley (11 de febrero de 2025). "Telescopio espacial revela un raro fenómeno de 'anillo de Einstein' con sorprendente claridad" . CNN.
  27. ↑ "Hubble encuentra un doble anillo de Einstein" . Hubblesite.org . Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial . Consultado el 26 de enero de 2008 .
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Revistas

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  • Chwolson, O. (1924). "Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne". Astronomische Nachrichten . 221 (20): 329– 330. Bibcode : 1924AN....221..329C . doi : 10.1002/asna.19242212003 .(El primer artículo que propuso anillos)
  • Einstein, Albert (1936). "Acción de lente de una estrella por la desviación de la luz en el campo gravitatorio" (PDF) . Science . 84 (2188): 506– 507. Bibcode : 1936Sci....84..506E . doi : 10.1126/science.84.2188.506 . PMID 17769014 . (El famoso artículo sobre el anillo de Einstein)
  • Hewitt, J. (1988). "Fuente de radio inusual MG1131+0456: un posible anillo de Einstein". Nature . 333 (6173): 537– 540. Bibcode : 1988Natur.333..537H . doi : 10.1038/333537a0 . S2CID 23277001 . 
  • Renn, Jurgen ; Sauer, Tilman ; Stachel, John (1997). "El origen de las lentes gravitacionales: una posdata al artículo de Einstein de 1936 en Science". Science . 275 ( 5297): 184– 186. Bibcode : 1997Sci...275..184R . doi : 10.1126/science.275.5297.184 . PMID 8985006. S2CID 43449111 .  
  • King, L. (1998). "Un anillo de Einstein infrarrojo completo en el sistema de lente gravitacional B1938 + 666" . MNRAS . 295 (2): L41– L44. arXiv : astro-ph/9710171 . Bibcode : 1998MNRAS.295L..41K . doi : 10.1046/j.1365-8711.1998.295241.x . S2CID 15647305 . 

Noticias

  • Barbour, Jeff (29 de abril de 2005). "Descubren un anillo de Einstein casi perfecto" . Universe Today . Consultado el 15 de junio de 2006 .(Se refiere a FOR J0332-3357)
  • "El Hubble encuentra un doble anillo de Einstein" . Science Daily. 12 de enero de 2008. Consultado el 14 de enero de 2008 .

Lecturas adicionales

  • Kochanek, CS; Keeton, CR; McLeod, BA (2001). "La importancia de los anillos de Einstein". The Astrophysical Journal . 547 (1): 50– 59. arXiv : astro-ph/0006116 . Bibcode : 2001ApJ...547...50K . doi : 10.1086/318350 . S2CID 16122139 .