O céu noturno há muito atrai e impressiona uma pessoa com muitas estrelas. Um telescópio amador pode ver uma variedade muito maior de objetos do espaço profundo - uma abundância de aglomerados, esféricos e dispersos, nebulosas e galáxias próximas. Mas existem fenômenos extremamente espetaculares e interessantes que apenas poderosos instrumentos astronômicos podem detectar. Entre esses tesouros do universo estão os eventos de lentes gravitacionais, e entre eles estão as chamadas cruzes de Einstein. O que é, vamos descobrir neste artigo.
Lentes espaciais
Uma lente gravitacional é criada por um poderoso campo gravitacional de um objeto com massa significativa (por exemplo, uma grande galáxia), acidentalmente capturado entre o observador e alguma fonte de luz distante - um quasar, outra galáxia ou um brilhante supernova.
A teoria da gravidade de Einstein considera os campos gravitacionais como deformações do contínuo espaço-tempo. Assim, as linhas ao longo das quais os raios de luz se propagam em intervalos de tempo mais curtos (linhas geodésicas) também sãosão dobrados. Como resultado, o observador vê a imagem da fonte de luz distorcida de certa forma.
O que é a "cruz de Einstein"?
A natureza da distorção depende da configuração da lente gravitacional e de sua posição em relação à linha de visão que liga a fonte e o observador. Se a lente é estritamente simétrica na linha focal, a imagem deformada acaba sendo em forma de anel, se o centro de simetria é deslocado em relação à linha, então esse anel de Einstein pode ser dividido em arcos.
Com um deslocamento suficientemente forte, quando as distâncias cobertas pela luz diferem significativamente, a lente forma imagens de vários pontos. A cruz de Einstein, em homenagem ao autor da teoria da relatividade geral, dentro da estrutura da qual fenômenos desse tipo foram previstos, é chamada de imagem quádrupla da fonte lente.
Quasar em quatro faces
Um dos objetos quádruplos mais "fotogênicos" é o quasar QSO 2237+0305 pertencente à constelação de Pégaso. Está muito longe: a luz emitida por este quasar viajou mais de 8 bilhões de anos antes de atingir as lentes das câmeras de telescópios terrestres e espaciais. Deve-se ter em mente em relação a esta Cruz de Einstein que este é um nome próprio, embora não oficial, e é escrito com letra maiúscula.
No topo da foto está a Cruz de Einstein. O ponto central é o núcleo da galáxia lente. A foto foi tirada pelo espaçoo telescópio Hubble.
A galáxia ZW 2237+030, atuando como uma lente, está 20 vezes mais próxima que o próprio quasar. Curiosamente, devido ao efeito de lente adicional produzido por estrelas individuais, e possivelmente aglomerados de estrelas ou nuvens massivas de gás e poeira em sua composição, o brilho de cada um dos quatro componentes sofre mudanças graduais e irregulares.
Variedade de formas
Talvez não menos bonito seja o quasar de lentes cruzadas HE 0435-1223, quase a mesma distância que QSO 2237+0305. A lente gravitacional, devido a um conjunto completamente aleatório de circunstâncias, ocupa uma posição aqui que todas as quatro imagens do quasar estão localizadas quase uniformemente, formando uma cruz quase regular. Este objeto extraordinariamente espetacular está localizado na constelação de Eridani.
E finalmente uma ocasião especial. Os astrônomos tiveram a sorte de capturar em uma fotografia como uma lente poderosa - uma galáxia em um enorme aglomerado em primeiro plano - ampliou visualmente não um quasar, mas uma explosão de supernova. A singularidade deste evento é que uma supernova, ao contrário de um quasar, é um fenômeno de curto prazo. A explosão, apelidada de supernova Refsdal, ocorreu em uma galáxia distante há mais de 9 bilhões de anos.
Algum tempo depois, à cruz de Einstein, que fortaleceu e multiplicou a antiga explosão estelar, um pouco mais distante, foi acrescentada outra quinta imagem, atrasada devido às peculiaridades da estrutura da lente e, aliás, preditacom antecedência.
Na imagem abaixo você pode ver o "retrato" da supernova Refsdal, multiplicado pela gravidade.
Significação científica do fenômeno
Claro, um fenômeno como a cruz de Einstein desempenha não apenas um papel estético. A existência de objetos desse tipo é uma consequência necessária da teoria da relatividade geral, e sua observação direta é uma das confirmações mais óbvias de sua validade.
Junto com outros efeitos de lentes gravitacionais, eles atraem a atenção dos cientistas. As cruzes e anéis de Einstein permitem estudar não apenas as fontes de luz distantes que não poderiam ser vistas na ausência de lentes, mas também a estrutura das próprias lentes - por exemplo, a distribuição da matéria escura em aglomerados de galáxias.
O estudo de imagens de quasares com lentes empilhadas desigualmente (incluindo os cruciformes) também pode ajudar a refinar outros parâmetros cosmológicos importantes, como a constante de Hubble. Esses anéis e cruzes einsteinianos de formato irregular são formados por raios que percorreram distâncias diferentes em tempos diferentes. Portanto, uma comparação de sua geometria com as flutuações de brilho permite obter grande precisão na determinação da constante de Hubble e, portanto, da dinâmica do Universo.
Em uma palavra, os fenômenos surpreendentes criados pelas lentes gravitacionais não são apenas agradáveis aos olhos, mas também desempenham um papel importante nas ciências espaciais modernas.
