Quando a gravidade de um objeto em primeiro plano distorce e amplia a luz proveniente do fundo, as imagens circundam o objeto responsável pelo efeito de lente.
Por que não "vemos" a lente gravitacional?
Quando uma lente gravitacional amplia uma galáxia
distante, por que não vemos o objeto que está causando o efeito, como
aconteceria ao olharmos através de uma lente óptica comum?
Pergunta de Robert Hertrick, Pittsburgh
O efeito de lente gravitacional é um dos fenômenos mais
belos e extraordinários previstos pela física teórica e descobertos pelos
astrônomos, em muitos casos, por acaso. Quando a gravidade de uma galáxia em
primeiro plano distorce e amplifica a luz de uma galáxia em segundo plano, o
resultado é um espetáculo cósmico: um anel de
Einstein perfeito ou múltiplas imagens do objeto de fundo.
Em todos os casos, essas imagens se formam ao redor do objeto
responsável pelo efeito de lente. Isso leva a uma questão intrigante: se
pensarmos na galáxia que atua como uma espécie de "lupa"
gravitacional, por que a imagem não aparece sobreposta a ela, como quando
olhamos através de uma lente de vidro comum? A resposta revela a natureza sutil
e invisível da gravidade.
A natureza invisível da lente
Na verdade, a imagem aparece dentro da área da
lente — mas a própria lente é invisível. Diferentemente do vidro, a luz não
precisa atravessar a galáxia para ser desviada por sua gravidade. O que importa
é o campo gravitacional, que atua diretamente sobre o tecido do espaço-tempo.
Um exemplo clássico é o aglomerado de galáxias Abell 1689.
As galáxias amarelas e brilhantes que vemos são mantidas unidas pela gravidade,
mas a maior parte da massa que causa a distorção é na verdade matéria
escura — invisível e detectável apenas por sua influência
gravitacional. A densidade das galáxias no aglomerado ajuda a traçar a
profundidade do poço gravitacional, indicando onde esse campo invisível se
encontra (HubbleSite, 2003). Os belos arcos azulados que observamos
entre as galáxias amarelas são, na realidade, galáxias de fundo cuja luz foi
esticada e distorcida ao passar por esse campo gravitacional massivo.
Além disso, observações em raios-X ,
que detectam gás a milhões de graus dentro do aglomerado, oferecem outro método
para "mapear" a extensão desse campo gravitacional e confirmar a
presença da matéria escura (Harvard/Chandra,
2008).
Analogias e mal-entendidos ópticos
Nem todos os exemplos de "lentes" no cosmos são
puramente gravitacionais, o que pode causar alguma confusão. Assim como a
gravidade curva a luz, os elétrons livres em nuvens de poeira interestelar
também podem espalhar a radiação de fontes distantes.
Quando a luz de um objeto distante interage com os elétrons na poeira de uma
galáxia em primeiro plano, os astrônomos podem observar halos
de raios-X — análogos aos anéis de Einstein, mas produzidos por
matéria comum. Se a poeira for invisível, esses halos seriam tão misteriosos
quanto as lentes gravitacionais. Em 1983, os primeiros desses halos foram
observados (Bode & Evans, 1983), e pesquisadores como Bruce Draine e Nick Bond , de Princeton, sugeriram
usar a geometria dessa distorção para determinar escalas de distância
cosmológicas, um método já consagrado no estudo das lentes gravitacionais
tradicionais.
A física por trás da imagem
A confusão sobre a "falta da lente" surge ao tentarmos
aplicar a óptica
geométrica clássica a um fenômeno regido pela Relatividade Geral . Como Simon
Dedeo , da Universidade de Princeton, explica no artigo original:
"Textos sobre lentes gravitacionais afirmam que as imagens
produzidas não são 'imagens verdadeiras' em um sentido óptico: sua luz não é
focalizada em um ponto no observador. Mas nossos telescópios não têm problema
em coletar a luz e realizar o foco por conta própria."
Ou seja, a lente gravitacional não forma uma imagem nítida que
possamos ver projetada no espaço. Em vez disso, ela redireciona
e concentra os fótons que, de outra forma, passariam retos. Nosso
telescópio então coleta esses fótons desviados e, usando suas próprias lentes e
espelhos (ópticos), os reorganiza para formar a imagem final (NASA,
2021).
