DESCUBRIMIENTO DE LAS LGs
[O.Y. Barciela]

El que la gravedad afecta a la luz es un hecho contenido ya en la Teoría de la Relatividad General, formulada porel Físico Albert Einstein en 1915. Entre las implicaciones de esta teoría esta el que un rayo de luz es curvado por la gravedad.   La forma de demostrar este aserto no es excesivamente difícil: lo único necesario es un eclipse total de Sol, que permitiese fotografías de las estrellas, normalmente deslumbradas en las cercanías del astro rey. La luz proveniente de aquellas, al pasar junto a él se vería afectada por su gravedad y su trayectoria se curvaría, provocando  variaciones en las bien conocidas posiciones de las estrellas.

La primera guerra mundial impidió la constatación de este hecho hasta 1919, en que los astrofísicos ingleses, SirArthur Eddington y Frank Dyson planificaron dos expediciones para verificar este fenómeno. El primero logró tomar diversas placas del eclipse en Isla Príncipe, en la costa africana. De ellas extrajo una desviación de 1,7 segundos de arco para ciertas estrellas, lo cual era predicho por los cálculos de Einstein, confirmando así la existencia del fenómeno y abriendo el camino a la total aceptación de la teoría.    A partir de la confirmación de la trayectoria curvada de la luz, diversos científicos formularon modelos de cómo afectaría esto a la luz proveniente de objetos lejanos que pasara junto a algún otro objeto de masa considerable. Una de las más sorprendentes predicciones fue la del astrofísico F. Zwicky en 1937.    El  mismo  descubrió la formación de un anillo circular, a partir de la imágen puntual de una fuente, el cual se explicaría si ésta y el deflector (el cuerpo que desvía la trayectoria) estuvieran perfectamente alineados. Sin  embargo, hasta muy recientemente estos efectos no pudieron constatarse observacionalmente (posteriormente se denominarían "lentes gravitatorias",  por analogía  con procesos de refracción y difracciónde la luz al atravesar lentes ópticas): hubo que esperar al descubrimiento, en 1963, de los más lejanos objetos hasta ahora conocidos... los Quásares.

El Telescopio schmit del Monte Palomar ha realizado algunos de los mejores mapas fotográficos de nuestro firmamento. Entre los objetos registrados con él, se encuentra el Quasar 0957+561,  constituído por dos imágenes separadas por 6 segundos de arco, las cuales  llamaron la atención de los científicos. Los espectros  de los dos componentes era rigurosamente idénticos,    lo que excluía  la posibilidad para este quasar doble de ser un núcleo galáctico con 2 componentes activos y distintos, como a veces ocurre en las galaxias  supergigantes.   La única interpretación que quedaba era, pues,  que se acababa de descubrir la primeta lente gravitacional:   la radiación  emitida por el Quasar era desviada en la vecindad de una galaxia situada  en el eje visual, formando si a las dos imágenes.

Pronto comenzaron a proliferar estos efectos hasta hacerse familiares para los astrofísicos. Actualmente se conocen muchos de ellos y existe un programa de observación diseñado  para detectar nuevas lentes gravitatorias entre los Quasares más luminosos.    En 1987, una nueva lente había sido descubierta en el Quasar UM673,  con z = 2.72 (con la letra   'z'    se denota en astrofísica el corrimiento hacia el rojo de un objeto ,   a partir del cual se puede tener un estimado  de su distancia; es costumbre encontrar expresada la distancia de un objeto  en términos de la magnitud   z,   como por ejemplo, los objetos más  lejanos que se conocen hasta ahora tienen z = 5.5).

Hace varios años la cumunidad científica  habia sido agitada por el anuncio del descubrimiento de dos arcos luminosos   gigantes en el centro de distantes cúmulos galácticos, denominados  Abell 370 y Cl 2242-02.   Estas estructuras se localizan en las cercanías  de galaxias elípticas gigantes y están extendidas a lo largo deaproximadamente 326,000 años-luz.   Su naturaleza y orígenes   eran absolutamente desconocidos y pronto aparecieron los partidarios de   dos teorías. Para unos, eran densas formaciones de estrellas en  el corazón del cúmulo. Para otros, eran una exótica configuración del ahora fenómeno de   lente galáctica.

El arco en Abell 370 fue el primero en ser descubierto,  por un equipo del Observatorio de Toulousse, en 1985. Con fotometría   multicolor mostraron que era una estructura muy delgada y azul, sin lograr  explicar su origen físico. Nuevas observaciones de la estructura,  en 1986, desde el Observatorio La Silla, permitieron obtener el espectrodel extremo oriental del arco.   Las malas condiciones meteorológicas  solo permitieron una exposición de una hora, obteniéndose  un pobre espectro.    Tras la reducción de datos se vió que   la luz debía venir de una galaxia con z = 0.59.    De esta forma, sededujo que se trataba de una excepcional configuración de lente galáctica, en la que el cúmulo completo es el deflector y la galaxiacon z = 0.59 es la fuente, ambos situados casi en la misma linea visual.      Se realizaron modelos de esta configuración y se compararon las  predicciones con la geometría observada del arco. Si la fuente está  situada (para nuestra línea de visión)   a 1 seg. de arco del centro del cúmulo se puede predecir la formación de dos arcos   simétricos.    Solo uno de estos se ha observado en Abell 370 , pero  el otro podría localizarse cerca de una brillante galaxia, con lo   que el modelo debia variarse para tomar en cuenta la influencia de esta  masiva galaxia como segundo deflector.    Si su masa es suficientemente grande,   es posible predecir la casi total destrucción del segundo arco.    Además, se estudiaron las influencias de la galaxia más brillante superpuesta al arco, y es posible explicar el alargamiento del arco al este de esta  galaxia (de donde se obtuvo el espectro). Posteriores datos espectroscópicos  del otro arco en el cúmulo Cl 2244-04  han mostrado su distribución  espectral de energía y  puede corresponder a una galaxia o a  un  Quasar.

Aunque la lente gravitacional era un modelo muy   atractivo, tenía que ser confirmado con mejores datos que los obtenidosde Abell 370, por dos razones: primero, el espectro era muy débil,  y el corrimiento hacia el rojo tenía que confirmarse; segundo, algunos  astrónomos no estaban convencidos de que la parte oriental de la estructura, de donde se obtuvo el espectro, perteneciera al arco, a pesar  de su brillo superficial similar en cada parte del espectro.

Por este motivo se observó intensivamente  el arco Abell 370 entre el 18 y el 22 de octubre de 1987, desde Chile,con un espectrógrafo de alta sensibilidad en un telescopio de 3,6  metros.    Los datos obtenidos permitieron confirmar que tanto la parte central  como la oriental del arco presentan la misma distribución de energía  y, por lo tanto, ambos pertenecen a la misma estructura.    El estudio del   espectro dió como resultado que se trataba de una galaxia joven,   relativamente cercana (con un corrimiento hacia el rojo de z = 0.724).    Todos estos resultados confirman que el arco en Abell 370 se debe a una   lente gravitacional que altera la radiación de una galaxia cercana.   La única diferencia con respecto al modelo presentado anteriormente  (galaxia con z = 0.59) es que la masa de la lente se ha reducido por unfactor de 1.30.

DETECCIÓN DE LAS LGs
[X. Amador]

Una de las pruebas más contundentesde que la Relatividad General de Einstein es válida a escalas astronómicas lo constituyen las ``lentes'' gravitacionales, las cuales están conformadas por gigantescas masas que curvan tan fuertemente al espacio-tiempo que afectan a los rayos de luz (en realidad, a cualquier radiación electromagnética) que pasan cerca dedicha masa, de tal manera que son ``enfocados'' como si se tratase de una lente óptica como las usadas en los oculares de los telescopios/binoculares.     Sin embargo, en este caso no es el índice de refracción ni la geometría del medio óptico lo que produce el enfoque,  sino la gravedad. Una de las características de dichas ``lentes''  es que no son perfectas y, por lo tanto, no siempre producen una sola imágen.   La mayoría de las veces se observan múltiples imágenes de un mismo objeto y otras veces se observan imágenes muy distorsionadas del mismo objeto.  Los astrónomos ya han localizado varias de estas ``lentes'' en el espacio y las han utilizado para cierto tipo de investigaciones.   A continuación listamos sólo unas cuantas formas de detectarlas.

• Arcos Luminosos

como se mencionó anteriormente, la existencia de tales imágenes, en 1986, fué la primera confirmación de que el fenómeno de ``lente'' gravitacional era real. Este tipo de imágenes se origina cuando el objeto enfocado es una galaxia u otro objeto astronómico extendido (es decir, una estructura no-puntual, no como las estrellas sino una estructura extendida en una región del espacio) y la ``lente''  es un cúmulo galáctico masivo.  Las imágenes resultantes son una serie de arcos luminosos múltiples que se forman debido a que la galaxia es un objeto con un diámetro angular bastante grande.  Una imágen típica fue captada en el cúmulo galáctico Abell 2218 por el telescopio Hubble.  Dichos arcos dan la impresión de cuasi-círculos concéntricos alrededor  del cúmulo.

• Quasars Dobles y Quádruples

en 1980, los astrónomos DennisWalsh, Robert Carswell y Ray Weymann, encontraron un  Quasar [QSO = Quasi Stelar Object] doble, el 0957+561A y el 0957+561B, idénticos en casi todas sus características!  Es casi imposible que esto sea una coincidencia, por lo que concluyeron que se trataba de un fenómeno de ``lente'' gravitacional.   Sin embargo,  no encontraban el objeto que jugaba el papel de la ``lente''.    Posteriormente, el astrónomo  Alan Stockton,  con el telescopio de la Univ. de Hawai, en Mauna Kea, tomó varias fotos del objeto 2ble en una  noche extremadamente clara y en una de las fotos observó algo difuso y raro en una de las imágenes.  Resultó ser que lo que estaban buscando era una débil galaxia  que estaba casi super-impuesta sobre una de las imágenes del QSO,  de tal menera que el brillo del mismo hacía casi invisible a la galaxia.   Otro descubrimiento de este tipo fue el del QSO cuádruple H1413+117 por un grupo de astrónomos del European Southern Observatory.  Este tipo de descubrimientos no ha cesado y constituyen una prueba contundente a favor de la interpretación de que los QSOs son objetos que realmente se encuentran a distancias cosmológicas increíblemente grandes.

• Hoyos Negros [HN]

la creencia popular es de que un HN sólo puede detectarse cuando hay materia cayendo dentro del mismo, pués ésta al sobre-calentarse emite radiación de alta energía que es fácilmente detectable.   Un HN flotando sólo  en el el espacio, sin casi materia que absorber (sólo el tenue polvo interestelar), sería muy difícil de detectar. Sin embrago, hay un caso en que la detección de un HN solitario sería posible, aunque por supuesto nada fácil.   La teoría de los HN nos dice que éstos pueden variar en tamaño, desde muy pequeño (menos de 20 Km)  hasta los gigantescos (de hasta varios miles de Km). Supongamos que tenemos uno de estos objetos de un tamaño adecuado, o sea, lo suficientemente grande como para observar sus efectos. Este podría ser un HN galáctico que ya se ha tragado a su repectiva galaxia y que flota solitario por el espacio (la probabilidad  de encontrar un objeto similar es muy pequeña). El ``lente'' gravitacional producido por tal objeto formaría una imágen curiosa de las estrellas que se encuentran en el fondo, detrás del mismo. La imágen observada sería un ``anillo'' cuasi-completo de estrellas llamado ``anillo de Einstein'', el cual rodearía al HN encuestión.     De hecho, algo similar al anillo de Einstein ya ha sido detectado en la década del '80 por Jaqueline Hewitt del MIT Haystack Observatory,  el objeto  MG1131+0456; sin embargo, no se trata de un HN sino de un posible Quasar ó una radio-galaxia distante.

 
• Microenfoque

en el afán de detectar la presencia de la Materia Oscura, que al principio se creía que la misma estaba conformada por los objetos llamados MACHOS (MassiveCompact Halo Objects), se creó un método para tratar de detectarla mediante el enfoque gravitacional que los mismos producirían al pasar a través de un fondo de estrellas.   Al calcular cuánta Materia Oscura debería existir en nuestra Vía Láctea,  se obtiene un estimado acerca de la frecuencia con que tales objetos podrían estar pasando a través de un fondo estelar adecuado.    La pequeña ``lente'' gravitacional conformada por el objeto aumentaría el brillo de algunas estrellas a lo largo de su trayectoria, por lo que una observación muy cuidadosa mostraría un patrón de brillo característico a lo largo del camino trazado por el MACHO.   Se montaron varios proyectos de observación (OGLE, EROS, DUO, etc.), sin embargo, los resultados obtenidos fueron extremadamente desfavorables:   sí se detectaron varios eventos de microenfoque,  pero la frecuenciade éstos era tan baja que invalidaban al modelo de MACHOS.