Lente gravitazionale

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La deviazione della luce di una galassia distante intorno ad un oggetto massivo.
Le frecce arancioni indicano la posizione apparente della galassia distante. Le frecce bianche il reale percorso della luce

La lente gravitazionale è un fenomeno fisico previsto dalla teoria della relatività generale: poiché la forza gravitazionale è in grado di deflettere i raggi di luce, è possibile che quando un corpo di grande massa viene a trovarsi fra una sorgente di luce e l'osservatore, i raggi di luce provenienti dalla sorgente vengano deviati in modo tale da provocare un'amplificazione del segnale luminoso simile a quella causata da una lente. Un secondo possibile effetto delle lenti gravitazionali è di deformare l'oggetto originale, giungendo a generare immagini multiple. Quest'ultima proprietà delle lenti gravitazionali, unita al fatto che la gravità deforma la geometria globale dell'Universo, ha spinto alcuni ad ipotizzare che l'universo sia curvo e formi una sorta di immensa lente gravitazionale in cui la luce delle stesse stelle ci arriverebbe da più direzioni. L'ipotesi però non è supportata dalle osservazioni, in quanto la densità dell'universo osservato è di gran lunga più bassa di quanto necessario per produrre un effetto del genere.

Questi fenomeni furono previsti teoricamente poco dopo l'enunciazione della teoria della relatività, ma sono stati osservati solo a partire dalla seconda meta' degli anni Ottanta.

Le lenti gravitazionali sono osservabili sia su scala cosmologica (in cui la luce da una sorgente luminosa ad alto redshift è deflessa dal campo gravitazionale di una galassia o da un ammasso di galassie posto lunga la linea di vista) sia su scala locale, ossia galattica (in cui, ad esempio, le stelle delle Nubi di Magellano o del centro della Galassia può essere amplificata da una stella o un MACHO). Su scala cosmologica i fenomeni di lensing sono classificati (usando le espressioni inglesi diffuse nella letteratura astronomica) come strong lensing o weak lensing; negli eventi su scala galattica, si parla di microlensing, o meglio, di microlenti gravitazionali.

Indice

1 Il microlensing
2 Anello di Einstein
3 Storia
4 Utilizzo attuale delle lenti gravitazionali
5 Altri progetti
6 Bibliografia
7 Collegamenti esterni

[modifica] Il microlensing

Il microlensing riguarda l'amplificazione o la distorsione di oggetti da parte di altri oggetti con esso comparabili, come una stella con un oggetto compatto, o un pianeta con una stella. Generalmente si parla di microlensing galattico in quanto, essendo un effetto riguardante oggetti come stelle e pianeti, è difficile da osservare su scala extragalattica. Invece il lensing più conosciuto riguarda oggetti decisamente più grandi e lontani come quasars, galassie varie e ammassi di galassie a redshift vari.

Lenti gravitazionali nell'ammasso di galassie Abell 1689; gli effetti della lente sono dei sottili archi luminosi visibili solo quando si ingrandisce questa immagine.

[modifica] Anello di Einstein

Fra i fenomeni più spettacolari prodotti dalle lenti gravitazionali c'e' certamente il cosiddetto anello di Einstein. Esso si verifica quando la sorgente luminosa ed il corpo celeste che funge da lente gravitazionale siano posti sulla stessa linea di vista rispetto all'osservatore: in questo caso, in conseguenza della simmetria circolare della configurazione ottica, si osservano non delle immagini multiple della sorgente, ma un anello luminoso centrato sulla posizione in cielo della lente gravitazionale.

[modifica] Storia

La deflessione dei raggi luminosi da parte dei campi gravitazionali fu in effetti la prima affermazione osservativamente verificata della teoria della Relatività Generale. Nel 1919, durante un'eclissi di Sole, l'equipe guidata da Arthur Eddington osservò che la luce delle stelle nei pressi del disco solare era leggermete deviata, dato che le stelle apparivano in posizioni spostate rispetto al caso in cui erano osservate usualmente.

Un'ulteriore conferma della teoria, data dall'osservazione diretta di un'immagine sdoppiata dall'effetto di un campo gravitazionale, si ebbe nel 1980. Il 29 marzo di quell'anno, infatti, si scoprì la presenza di due quasar molto particolari: oltre ad essere molto vicini tra loro, erano praticamente identici in quanto a luminosità e spettro.
In un primo momento venne avanzata l'ipotesi che si trattasse di un quasar doppio, partendo dall'osservazione in passato di molti oggetti astronomici doppi (ad esempio le stelle). Tuttavia lo spettro luminoso osservato metteva in evidenza che la luce proveniente da questo supposto quasar doppio aveva attraversato una nube di gas e polveri, e nonostante ciò le due immagini apparivano praticamente identiche. Questa particolare caratteristica era molto strana, dal momento che per presentarsi una situazione di questo tipo sarebbe necessario che la nube di gas attraversata dalla radiazione luminosa sia perfettamente omogenea in ogni suo punto.
Si giunse così alla conclusione che quella era la prima osservazione diretta dello sdoppiamento di un'immagine provocata da un campo gravitazionale.

Dopo la prima osservazione diretta di una doppia immagine provocata da una lente gravitazionale, si effettuarono le prime osservazioni di immagini triple e poi quadruple, fino a quando nel 1986 venne osservato per la prima volta quel fenomeno che prende il nome di anello di Einstein.

[modifica] Utilizzo attuale delle lenti gravitazionali

La croce di Einstein

Negli ultimi tempi si è cercato di sfruttare questo fenomeno particolare per migliorare la nostra conoscenza riguardo le zone più remote dell'universo: si sta sviluppando, infatti, una disciplina chiamata ottica gravitazionale che si occupa unicamente dello studio delle stelle e dei quasar più lontani attraverso l'analisi del fenomeno della lente gravitazionale. In particolari condizioni, infatti, questo fenomeno può provocare un ingrandimento dell'immagine che giunge all'osservatore, permettendoci così di osservare oggetti che per le loro dimensioni non sono stati finora osservabili.

Inoltre questo fenomeno ci permette di conoscere con una certa precisione la distanza che ci divide dall'oggetto osservato. Considerando che le due immagini che ci giungono percorrono distanze differenti, infatti, è possibile conoscere la differenza delle lunghezze dei percorsi (conoscendo il ritardo con cui ci giungono le variazioni di luminosità) e, poi, la distanza che ci divide dall'oggetto osservato.