Un anillo de Einstein , también conocido como anillo de Einstein-Chwolson o anillo de Chwolson (llamado así por Orest Khvolson ), se crea cuando la luz de una galaxia o estrella pasa por un objeto masivo en ruta hacia la Tierra. Debido a las lentes gravitacionales , la luz se desvía, haciendo que parezca que proviene de diferentes lugares. Si la fuente, la lente y el observador están en perfecta alineación, la luz aparece como un anillo.
Introducción
La lente gravitacional es predicha por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . [1] En lugar de la luz de una fuente que viaja en línea recta (en tres dimensiones), está doblada por la presencia de un cuerpo masivo, 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 da como resultado una simetría alrededor de la lente, lo que genera una estructura en forma de anillo. [2]
El tamaño de un anillo de Einstein viene dado por el radio de Einstein . En radianes , es
dónde
- es la constante gravitacional ,
- es la masa de la lente,
- es la velocidad de la luz ,
- es la distancia del diámetro angular a la lente,
- es la distancia del diámetro angular a la fuente, y
- es la distancia del diámetro angular entre la lente y la fuente. [3]
Sobre distancias cosmológicas en general.
Historia
La curvatura de la luz por un cuerpo gravitacional fue predicha por Albert Einstein en 1912, unos años antes de la publicación de la relatividad general en 1916 (Renn et al. 1997). El efecto de 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 de halo" de la gravitación cuando la fuente, la lente y el observador están en una alineación casi perfecta. [5] Einstein comentó sobre este efecto en 1936 en un documento promovido por una carta de un ingeniero checo, RW Mandl [1] , pero afirmó
Por supuesto, no hay esperanza de observar este fenómeno directamente. Primero, casi nunca nos acercaremos lo suficiente a tal línea central. En segundo lugar, el ángulo β desafiará el poder de resolución de nuestros instrumentos.
- Ciencia vol 84 p 506 1936
(En esta declaración, β es el radio de Einstein actualmente denotado por como en la expresión anterior.) Sin embargo, Einstein solo estaba considerando la posibilidad de observar los anillos de Einstein producidos por las estrellas, que es baja; la posibilidad de observar los producidos por lentes más grandes como galaxias o agujeros negros es mayor ya que el tamaño angular de una El anillo de Einstein aumenta con la masa de la lente.
El primer anillo de Einstein completa, designado B1938 + 666, fue descubierto por la colaboración entre astrónomos en la Universidad de Manchester y la NASA 's telescopio espacial Hubble en 1998. [6]
Aparentemente, no ha habido ninguna observación de una estrella que forme un anillo de Einstein con otra estrella, pero hay un 45% de posibilidades de que esto suceda a principios de mayo de 2028 cuando Alpha Centauri A pasa entre nosotros y una estrella roja distante. [7]
Anillos de Einstein conocidos
Actualmente se conocen cientos de lentes gravitacionales. Aproximadamente media docena de ellos son anillos de Einstein parciales con diámetros de hasta un segundo de arco , aunque como la distribución de masa de las lentes no es perfectamente simétrica axialmente o la fuente, la lente y el observador no están perfectamente alineados, todavía tenemos que ver un anillo de Einstein perfecto. La mayoría de los anillos se han descubierto en el radio de alcance. Aún no se ha definido el grado de completitud necesario para que una imagen vista a través de una lente gravitacional califique como un anillo de Einstein.
El primer anillo de Einstein fue descubierto por Hewitt et al. (1988), quienes observaron la fuente de radio MG1131 + 0456 usando Very Large Array . Esta observación vio un cuásar reflejado por una galaxia más cercana en dos imágenes separadas pero muy similares del mismo objeto, las imágenes se extendían alrededor de la lente en un anillo casi completo. [10] Estas imágenes duales son otro posible efecto de que la fuente, la lente y el observador no estén perfectamente alineados.
El primer anillo de Einstein completo que se descubrió fue B1938 + 666 , que fue encontrado por King et al. (1998) mediante seguimiento óptico con el telescopio espacial Hubble de una lente gravitacional obtenida con MERLIN . [6] [11] La galaxia que causa la lente en B1938 + 666 es una antigua galaxia elíptica , 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) Survey para encontrar 19 nuevas lentes gravitacionales, 8 de las cuales mostraban anillos de Einstein, [13] estos son el 8 que se muestra en la imagen adyacente. A partir de 2009, esta encuesta ha encontrado 85 lentes gravitacionales confirmados, pero aún no hay un número de cuántos muestran anillos de Einstein. [14] Esta encuesta es responsable de la mayoría de los descubrimientos recientes de anillos de Einstein en el rango óptico, a continuación se muestran algunos ejemplos que se encontraron:
- 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 descubierto en 2007 por V. Belokurov et al. [dieciséis]
- SDSSJ0946 + 1006 , el "anillo doble de Einstein" fue descubierto por Raphael Gavazzi y Tomasso Treu [17] en 2008, notable por la presencia de múltiples anillos observados a través de la misma lente gravitacional, cuya importancia se explica en la siguiente sección sobre extra anillos .
Otro ejemplo es el anillo de radio / rayos X de Einstein alrededor de PKS 1830-211, que es inusualmente fuerte en radio. [18] Fue descubierto en X-Ray por Varsha Gupta et al. en el observatorio de rayos X Chandra [19] También es notable por ser el primer caso de un quásar reflejado por una galaxia espiral casi de frente . [20]
También hay un anillo de radio alrededor de la galaxia MG1654 + 1346, la imagen del anillo es la de un lóbulo de radio cuásar , descubierto en 1989 por G. Langston et al. [21]
Anillos extra
Usando el telescopio espacial Hubble, Raphael Gavazzi del STScI y Tommaso Treu de la Universidad de California, Santa Bárbara han encontrado un anillo doble . Esto surge de la luz de tres galaxias a distancias de 3, 6 y 11 mil millones de años luz. Estos anillos ayudan a comprender la distribución de la materia oscura , la energía oscura , la naturaleza de las galaxias distantes y la curvatura del universo . Las probabilidades de encontrar un anillo tan doble alrededor de una galaxia masiva son de 1 en 10,000. El muestreo de 50 anillos dobles adecuados proporcionaría a los astrónomos una medición más precisa del contenido de materia oscura del universo y la ecuación de estado de la energía oscura con una precisión del 10 por ciento. [22]
Una simulación
A continuación, en la sección de la Galería, hay una simulación que muestra un zoom en 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 está en la región más distorsionada de la imagen y muestra el disco galáctico . El zoom luego revela una serie de 4 anillos adicionales, cada vez más delgados y más cercanos a la sombra del agujero negro. Son múltiples imágenes del disco galáctico. El primero y el tercero corresponden a puntos que están 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 están detrás del observador, que parecen más azules ya que la parte correspondiente del disco galáctico es más delgada y, por lo tanto, más tenue aquí.
Galería
Algunos anillos de Einstein observados por SLACS
Los elegantes arcos alrededor de SDSSJ0146-0929 son ejemplos de un anillo de Einstein
Una vista simulada de un agujero negro que pasa frente a una galaxia.
Montaje del anillo de Einstein SDP.81 y la galaxia con lente
Anillos de Einstein cerca de un agujero negro
Ver también
- Cruz de Einstein
- Radio de Einstein
- SN Refsdal
Referencias
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