Espejismos Gravitatorios

Publicado en por soviet

El sentido común nos dice que la vista no nos engaña, que un objeto está allí donde nuestra vista lo sitúa. En términos científicos, que la luz se mueve en línea recta desde el objeto hasta nuestro ojo.

Seguro que antes de terminar de leer la frase anterior ya le has encontrado un fallo: los espejos. Su superficie refleja los rayos de luz y vemos todo tipo de cosas (incluso a nosotros mismos) allí donde no están. Pero si pensamos en otro tipo de artilugios (vidrios, lupas, gafas, anteojos, caleidoscopios, etc.) enseguida nos damos cuenta de que los espejos son, quizás, los elementos ópticos que afectan de una manera más sencilla a las imágenes. Dejemos a un lado estos instrumentos ópticos creados por el hombre y volvamos a pensar en la trayectoria que siguen los rayos de luz en la naturaleza.

Cuando miramos un paisaje, unas montañas lejanas, o un barco en el horizonte, ¿no nos sitúa la vista cada objeto en su sitio real? ¿No se transmite la luz en línea recta desde cada punto del paisaje hasta nuestro ojo? La respuesta es negativa. Las montañas no están donde las vemos, unos días parecen más altas y otros más bajas, y a veces hasta es posible ver barcos que están detrás del horizonte. En realidad, ningún rayo de luz se transmite en línea recta en la atmósfera terrestre.

La luz siempre busca, en primer lugar, el camino más rápido entre dos puntos, es decir, sigue una trayectoria que hace estacionario el tiempo que emplea en conectar los dos puntos (camino óptico). Estacionario quiere decir que el tiempo que emplea a lo largo de este camino ha de ser mínimo o máximo (también puede corresponder a un punto de silla). En casos normales, si hay una sola imagen, ésta corresponde a un mínimo.

Pero el camino más rápido en la atmósfera terrestre no suele ser una línea recta. Como su velocidad es mayor en el aire frío, para ir más rápido la luz sigue una trayectoria curva buscando las capas más frías de la atmósfera.

Cuando miramos un coche al final de una carretera ardiente, observamos que la imagen parece no quedarse nunca quieta, que se deforma continuamente. Esto es debido a que el aire caliente cerca del suelo tiende a elevarse mezclándose turbulentamente con el más frío de las capas superiores, y cambiando sin parar los caminos más rápidos entre el coche y nosotros. En determinadas circunstancias, cuando los cambios de temperatura son muy fuertes y el objeto y el observador están muy lejos, la luz puede encontrar más de un camino para conectar objeto y observador. En ese caso podemos ver más de una imagen de un objeto lejano, y tiene lugar ese espectacular fenómeno de la curvatura de los rayos de luz que es un espejismo terrestre.

Podemos decir que las variaciones en la posición aparente y en la forma de los objetos (la variación en la altura de las montañas, por ejemplo) son efectos débiles de la curvatura de los rayos de luz cuando los comparamos con la aparición de imágenes múltiples en los espejismos (efectos fuertes de la curvatura de los rayos de luz).

En el Cosmos

Uno de los resultados más sobresalientes de la Teoría General de la Relatividad de Einstein es la deflexión de la luz: el campo gravitatorio de un cuerpo puede afectar la trayectoria de la luz haciendo que se curve. Esta predicción de la teoría de Einstein se comprobó en uno de los experimentos más famosos del Siglo XX. Aprovechando el eclipse de Sol de 1918 en Egipto, se midió el desplazamiento de las posiciones aparentes de las estrellas inducido por el campo gravitatorio del Sol.

A pesar de su gran importancia como prueba de la Teoría General de la Relatividad, la desviación de la luz de las estrellas por el Sol es un efecto débil de la curvatura de los rayos de luz, similar a la variación aparente de la altura de las montañas en la atmósfera terrestre.



Imagen IPB
Así se origina un espejismo gravitatorio mediante la desviación de la luz de un objeto lejano por una galaxia.La primera lente gravitatoria descubierta fue un cuasar en la constelación de la Osa mayor, denominado Q0957+561, o cuasar gemelo

Con el descubrimiento de las galaxias, los astrónomos se dieron cuenta de que el enorme campo gravitatorio de estos objetos (cientos de miles de millones de veces más masivos que el Sol) podría inducir efectos de curvatura fuertes análogos a los espejismos terrestres. Sin embargo, tuvieron que pasar más de sesenta años desde la famosa expedición al eclipse de Egipto para que los astrónomos descubrieran una imagen doble de un cuásar muy lejano causada por el campo gravitatorio de una galaxia más cercana que actúa como lente gravitatoria. En la actualidad se conocen más de un centenar de espejismos gravitatorios de este tipo con 2, 4 y hasta 10 imágenes. En algunas ocasiones, cuando el cuásar y la galaxia están muy bien alineados, no se observa un número discreto de imágenes, sino un anillo continuo o roto en varios arcos (anillo de Einstein).

Los efectos de la curvatura de los rayos de luz por la gravedad aún pueden ser más fuertes cuando la lente gravitatoria está formada no por una sola galaxia sino por un cúmulo de decenas o cientos de galaxias. En este caso se producen los impresionantes arcos gravitatorios en cúmulos, de los que el Telescopio Espacial Hubble nos ha ofrecido algunas imágenes maravillosas.

Estos espejismos gravitatorios y otros fenómenos relacionados con la curvatura de los rayos de luz por la gravedad son muy útiles a los astrónomos porque les permiten medir la cantidad de masa en los objetos que actúan como lente (a mayor masa mayor curvatura), un asunto de crucial importancia cuando parece que casi toda la materia del universo es invisible y de naturaleza desconocida.


Imagen IPB
La lente gravitatoria más espectacular es el cuasar 2237+0305 en Pegaso, conocido como "La Cruz de Einstein"


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