Anells d'Einstein

En astronomia, un anell d’Einstein és un fenomen òptic que consisteix en la pertorbació dels rajos de llum emesos per una font lumínica. Aquesta pertorbació és provocada per la presència d’un cos massiu situat entre l’emissor lluminós i el receptor. Aquest cos massiu ha de comptar amb un camp gravitatori suficientment potent com per poder desviar l’avanç dels rajos de llum; pot ser un planeta, una estrella, una galàxia, un cúmul de galàxies, un forat negre, etc.

Els anells d’Einstein són una de les conseqüències de la teoria de la relativitat general, publicada pel físic alemany Albert Einstein l’any 1915.

Alineació exacta

Per a poder observar un d’aquests anells és imprescindible que hi hagi una alineació exacta entre l’emissor, el receptor i el cos que desvia la llum, també anomenat lent gravitacional. Si no fos així, i aquests tres no estiguessin alineats, seria parcial, i no es podria apreciar la forma d’anell. Fins al moment, s’han observat centenars d’anells d’Einstein, i cap d’aquests ha sigut un anell total, tots parcials. Els astrònoms adverteixen que, degut a la complexitat d’aconseguir una alineació exacta, és força complicat que algun dia arribem a observar un anell total. Tot i això, molts consideren un privilegi poder observar aquests fenòmens cosmològics, ja que el propi Albert Einstein va senyalar l’any 1936 que mai es podria observar un anell d’aquests.

Els anells d’Einstein explicats segons la relativitat general

Hem vist que per que un anell d’Einstein es produeixi cal una font lumínica, una lent gravitacional, un receptor (els nostres telescopis) i una mínima alineació. No obstant, és tan o més important l’existència del teixit espai-temps, ja que gràcies a la seva curvatura –recordem que aquest és deformable- els rajos de llum també es corben. El teixit espai-temps es deforma gràcies a la presència d’un camp gravitatori significant, com el provocat per un planeta massiu, una estrella o una o varies galàxies. La deformació que provoca el camp gravitatori d’una lent gravitacional fa que els rajos de llum que s’hi acosten no tracin una trajectòria recta, sinó que es corbin al voltant de la lent fins a arribar al receptor. 

En la imatge del marge veiem la disposició de l’emissor (llum provinent de galàxies llunyanes), el receptor (la Terra) i la lent gravitacional (un cúmul de galàxies no tan llunyanes). 

Eddington, 1919

En aquest blog ja hem vist que l’expedició de Sir Arthur Eddington al sud d’Àfrica l’any 1919 va suposar la primera comprovació de la teoria de la relativitat general. L’eclipsi observat per l’astrònom britànic va demostrar que la llum de les estrelles llunyanes era deformada per la presència del Sol. Això significava que el camp gravitatori del Sol distorsionava la trajectòria de la llum provinent d’estrelles llunyanes, la qual cosa implicava l’existència del teixit espai-temps i que la teoria d’Einstein era correcta. Així doncs, el que van observar va ser un “tipus”d’anell d’Einstein, considerat feble, ja que la distorsió provocada era mínima. És per això que els anells d’Einstein van ser la primera conseqüència de la relativitat general demostrada. 

Aplicació en la cerca de forats negres 

Per a un astrònom, trobar-se amb un anell d’Einstein suposa indagar en la naturalesa de la lent gravitacional, ja que això pot conduir a trobar forats negres, posat que si la distorsió és forta, és possible que la lent gravitacional sigui un forat negre, ja que el camp gravitatori que aquest genera és molt gran. La llum que passi al voltant d’un forat negre (sense precipitar-se en el seu interior) sofrirà una gran desviació, a causa de la important influència gravitatòria. 

Anells d’Einstein trobats pel telescopi Hubble 

El telescopi espacial Hubble, posat en òrbita l’any 1990, ha dedicat part de la seva tasca a fotografiar anells d’Einstein. Aquest enllaç condueix a la fotografia d’un anell  publicada en la pàgina web oficial del satèl·lit. Però probablement el descobriment més significant del telescopi envers aquests fenòmens es va produir al gener del 2008, quan el Hubble va fotografiar un anell d’Einstein doble. Mai s’havia observat aquest fenomen òptic, i segons la web oficial: “el patró de doble anell és conseqüència d’una flexió complexa de la llum provinent de dues galàxies llunyanes causada per la presència d’una galàxia en primer pla". Aquesta és la fotografia: