🧵 Hilo de
Ivan Marti Vidal
Las "lentes gravitatorias" están de moda, tras las primeras imágenes del JWST. Pero, ¿sabíais que la Radioastronomía fue clave en el descubrimiento de la primera lente? ¿Y que hay lentes que pueden verse en el tiempo, además de en el espacio? ¡DENTRO HILO RADIOASTRONÓMICO! 👇
La primera lente observada (con el permiso del Sol, en el experimento de Eddington de 1919) fue el "cuásar doble" 0957+561. Aunque el artículo original donde se propuso que 0957 es una lente se basaba en datos ópticos, se necesitaron imágenes en radio para confirmar el hallazgo.
En el óptico, las imágenes de 0957 aparecen como 2 tristes puntos, aunque de espectro muy similar (que es lo que levantó la sospecha de que aquello era una lente). Pero solo cuando se vió la rica estructura del chorro del cuásar en radio, se evidenció la lente sin lugar a dudas.
Como no he encontrado una imagen radio de 0957 de aquella época libre de copyright, me he bajado los datos originales de VLA del año 1983 y la he rehecho yo mismo. Aquí la tenéis (A y B son el "corazón" de cada imagen del cuásar):
En esta imagen, el chorro (a ambos lados) solamente se ve para A. En el caso de B, ese puntito que hay al norte no es el chorro (de hecho, ¡es la galaxia que hace de lente!). Pero si observamos A y B a mucha más resolución (con la técnica VLBI), podemos ver sendos chorros:
Imágenes de VLBI como las de arriba, de M. Garrett (a quien aún debo una cerveza por una vieja apuesta), permitieron refinar mucho el modelo de 0957. Garrett et al. pudieron estimar incluso el gradiente espacial de la distribución de masa de la lente. ¡Qué pasada!
Una curiosidad: mi director de tesis, Jon Marcaide, eligió otro "cuásar doble" (1038+528) para su tesis, en lugar de 0957. No obstante, 1038 es un tipo raro de "cuásar gemelo", en lugar de una lente. ¡Mala suerte! ¡Marcaide podría haber observado la primera lente con VLBI!
¡¡Y aquello habría ocurrido a finales de los años 70!!
Desde aquella primera lente, la Radioastronomía ha catalogado muchísimas más (obviamente, en el óptico también, pero aquí solo hablamos de radio 😀 📡). Son de resaltar los "surveys" pioneros del MIT (Lawrence et al.) y de Jodrell Bank (Patnaik et al.).
Ahora os hablaré de mis tres lentes gravitatorias favoritas, a las que tengo mucho cariño. Y para los que aguantéis hasta el final del hilo, os guardo un pequeño "bonus" para que experimentéis con "lentes gravitatorias" desde vuestra casa. 🤯
Empecemos con PKS1830-211 (un nombre que os sonará, si leéis mis hilos). El efecto lente es "acromático" (o sea, que no depende del color de la luz; solo de la curvatura del espacio-tiempo). Eso significa que puede verse desde radio hasta el óptico, rayos X e incluso gamma.
Pues bien, usando datos del satélite Fermi-LAT, el efecto lente de PKS1830 se ha llegado a ver incluso en rayos gamma (esta es la primera y, hasta donde sé, la única lente gravitatoria donde se ha conseguido tal proeza):
Fermi-LAT tiene muy poquita resolución, lo que impide "resolver" espacialmente la lente de PKS1830 en rayos gamma. No obstante, un truco muy chulo es tratar de detectar la lente EN EL TIEMPO, a partir de la auto-correlación de la curva de luz en rayos gamma. ¡Una idea buenísima!
En efecto, si las imágenes de la lente se corresponden con el mismo cuásar (pero visto en tiempos distintos), la variabilidad intrínseca del cuásar deberá imprimir una señal de auto-correlación en la evolución temporal de los rayos gamma, con un retraso igual al de cada imagen.
La variabilidad es una herramienta bastante usada en el estudio de las lentes gravitatorias (con esto puede medirse la Constante de Hubble), pero este estudio de PKS1830 la usó, por primera vez, con rayos gamma y una pura auto-correlación (o sea, sin ninguna resolución espacial).
No puedo evitar deciros, no obstante, que mi colega Sébastien y yo tenemos una divertida hipótesis sobre esa detección de la lente en el dominio temporal; una que solo revelaré personalmente a quienes me inviten a unas birras (y una vez el alcohol llegue al torrente sanguíneo).
Sobre PKS1830, hablaré alguna vez más en hilos futuros. Ahora, vamos a hablar de mi(s) otra(s) lentes gravitatorias favoritas: los agujeros negros de M87* y SgrA*. Sí, habéis leído bien:
¡Así es! Las imágenes del EHT también muestran el efecto lente, aunque a unas escalas nunca antes vistas. De hecho, la parte de estas imágenes que proviene del "anillo de luz" ha sido generada por rayos que estuvieron orbitando al agujero negro. ¡Una lente gravitatoria EXTREMA!
Y ahora llega el "bonus" para los que habéis aguantado hasta el final. Si calculamos el efecto lente para rayos que incidan con poca inclinación (respecto de la visual) podemos usar unos truquitos matemáticos para "emular" lentes gravitatorias usando lentes de vidrio o plástico.
Ese fue el objetivo de un entretenido artículo que publiqué con Marcaide en la Revista Iberoamericana de Física, hace ya unos años. Guardo una copia del texto, que comparto aquí con vosotros:
En la figura 2 de ese artículo, tenéis el perfil (a escala) de una lente de plexiglás que simula la gravedad de un cuerpo con la masa de la Tierra, pero concentrado en un radio de 2 centímetros (por cierto, en los ejes de la figura hay una errata: las unidades son metros).
Si tenéis en casa cualquier vidrio o plástico con un perfil radial similar a ese (o si podéis haceros una lente de plexiglás como esa, de solo 30cm), podréis divertiros simulando lentes gravitatorias desde casa (con sus "anillos de Einstein", sus imágenes múltiples y demás). 😀💫
Podría hablaros mucho más sobre las lentes gravitatorias en Radioastronomía (hay un montón de trabajos preciosos con VLBI), pero creo que ya es momento de ir dejando el hilo. Al fin y al cabo, estoy de vacaciones (y Markus, Kara y el agente Connor me están esperando en Detroit).
¡Ostras! Olvidé incluir algunas referencias extra:
