L'immagine con la più alta risoluzione mai realizzata da ALMA rivela la polvere che brilla all'interno della lontana galassia SDP.81. La struttura ad anello è stata creata da una lente gravitazionale che ha distorto la vista della galassia lontana in una struttura ad anello. Credito:ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)
Nel 1919 gli astronomi Arthur Eddington e Andrew Crommelin catturarono immagini fotografiche di un'eclissi solare totale. Il sole era nella costellazione del Toro in quel momento e nelle fotografie si potevano vedere alcune delle sue stelle. Ma le stelle non erano proprio al posto che ci si aspettava. La tremenda gravità del sole aveva deviato la luce di queste stelle, facendole apparire leggermente fuori posto. Fu la prima dimostrazione che la gravità poteva cambiare il percorso della luce, proprio come predetto da Albert Einstein nel 1915.
La curvatura della luce da parte della massa di una stella o di una galassia è una delle previsioni centrali della relatività generale. Sebbene Einstein abbia predetto per la prima volta la deviazione della luce da una singola stella, altri come Oliver Lodge hanno sostenuto che una grande massa potrebbe agire come una lente gravitazionale, deformando il percorso della luce in modo simile al modo in cui una lente di vetro focalizza la luce. Nel 1935 Einstein dimostrò come la luce di una galassia lontana potesse essere deformata da una galassia davanti ad essa per creare un anello di luce. Un tale Anello di Einstein, come venne chiamato, farebbe apparire la galassia lontana come un anello o arco di luce attorno alla galassia più vicina. Ma Einstein pensava che questo effetto non sarebbe mai stato osservato. Questi archi di luce sarebbero troppo deboli per essere catturati dai telescopi ottici. Einstein aveva ragione fino al 1998, quando il telescopio spaziale Hubble catturò un anello attorno alla galassia B1938+666. Questo è stato il primo anello ottico ad essere osservato, ma non è stato il primo anello di Einstein. Il primo anello è stato visto alla luce radio ed è stato catturato dal Very Large Array (VLA).
Nel 1987, un team di studenti del MIT Research Lab in Electronics sotto la guida del Prof. Bernard Burke e guidato dal Ph.D. la studentessa Jackie Hewitt, ha utilizzato il VLA per creare immagini dettagliate di oggetti noti che emettono radio. Uno di loro, noto come MG1131+0456, mostrava una distinta forma ovale con due lobi luminosi. Hewitt e il suo team hanno preso in considerazione diversi modelli per spiegare la forma insolita, ma solo un anello Einstein corrispondeva ai dati. La previsione galattica di Einstein è stata finalmente osservata.
La prima immagine di un anello di Einstein. È stato catturato dal VLA nel 1987. Credito:NRAO/AUI/NSF
La radioastronomia è particolarmente abile nel catturare le galassie con lenti. Sono diventati un potente strumento per i radioastronomi. Proprio come una lente di vetro focalizza la luce per far apparire un oggetto più luminoso e più grande, così fa una lente gravitazionale. Osservando le galassie con lenti i radioastronomi possono studiare galassie che sarebbero troppo lontane e deboli per essere viste da sole. Gli anelli di Einstein possono essere utilizzati per misurare la massa della galassia più vicina o dell'ammasso galattico poiché la quantità di lente gravitazionale dipende dalla massa della galassia in primo piano.
Uno degli aspetti più interessanti della lente gravitazionale è che può essere usata per misurare la velocità con cui l'universo si espande. La luce di una galassia lontana può prendere molti percorsi diversi mentre attraversa la galassia in primo piano. Ognuno di questi percorsi può avere distanze diverse, il che significa che la luce può raggiungerci in momenti diversi. Potremmo vedere un'esplosione di luce dalla galassia più volte, ognuna da un percorso diverso. Gli astronomi possono usarlo per calcolare la distanza galattica, e quindi la scala del cosmo.
Dal primo rilevamento di un anello di Einstein da parte del VLA, i radioastronomi ne hanno trovati di più e li hanno catturati in modo più dettagliato. Nel 2015, ad esempio, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha realizzato un'immagine dettagliata degli archi con lenti da una galassia lontana chiamata SDP.81. L'immagine era abbastanza nitida da consentire agli astronomi di risalire agli archi fino alla loro sorgente per studiare come si sono formate le stelle all'interno della galassia.
Einstein rings are now commonly seen in astronomical images, particularly in deep field images, such as those of the James Webb Space Telescope and others. As radio astronomy has shown, they are more than just beautiful. They give us a new lens on the cosmos. + Esplora ulteriormente
