Anillo Einstein - Einstein ring

Parte de una serie de artículos sobre
Lente gravitacional
Anillo de Einstein Formalismo Lente fuerte Microlente Lente débil
Sistemas de lentes fuertes Abell 1689  · Abell 2218 CL0024 + 17  · Bullet Cluster QSO2237 + 0305  · SDSSJ0946 + 1006 B1359 + 154  · QSO 0957 + 561
Encuestas Fuerte: CLASE  · SLACS ( SDSS ) Micro: OGLE  · Gaia Débil: DLS  · Pan-STARRS  · CFHTLS  · DES  · LSST  · SNAP  · DESTINY
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Un anillo de Einstein , también conocido como anillo de Einstein-Chwolson o anillo de Chwolson (llamado así por Orest Khvolson ), se crea cuando la luz de una galaxia o estrella pasa por un objeto masivo en ruta a la Tierra. Debido a las lentes gravitacionales , la luz se desvía, haciendo que parezca que proviene de diferentes lugares. Si la fuente, la lente y el observador están en perfecta alineación, la luz aparece como un anillo.

Introducción

La lente gravitacional es predicha por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . En lugar de la luz de una fuente que viaja en línea recta (en tres dimensiones), está doblada por la presencia de un cuerpo masivo, que distorsiona el espacio-tiempo . Un anillo de Einstein es un caso especial de lente gravitacional, causado por la alineación exacta de la fuente, la lente y el observador. Esto da como resultado una simetría alrededor de la lente, lo que genera una estructura en forma de anillo.

La geometría de un anillo de Einstein completo, causado por una lente gravitacional

El tamaño de un anillo de Einstein viene dado por el radio de Einstein . En radianes , es

${\ Displaystyle \ theta _ {1} = {\ sqrt {{\ frac {4GM} {c ^ {2}}} \; {\ frac {D_ {LS}} {D_ {S} D_ {L}}} }},}$

dónde

${\ Displaystyle G}$es la constante gravitacional ,

${\ Displaystyle M}$ es la masa de la lente,

${\ Displaystyle c}$es la velocidad de la luz ,

${\ Displaystyle D_ {L}}$es la distancia del diámetro angular a la lente,

${\ Displaystyle D_ {S}}$es la distancia del diámetro angular a la fuente, y

${\ Displaystyle D_ {LS}}$es la distancia del diámetro angular entre la lente y la fuente.

Sobre distancias cosmológicas en general. ${\ Displaystyle D_ {LS} \ neq D_ {S} -D_ {L}}$

Historia

La galaxia SDP.81 con lente gravitacional tomada por ALMA .

Albert Einstein predijo la curvatura de la luz por un cuerpo gravitacional en 1912, unos años antes de la publicación de la relatividad general en 1916 (Renn et al. 1997). El efecto de anillo fue mencionado por primera vez en la literatura académica por Orest Khvolson en un breve artículo en 1924, en el que mencionó el "efecto de halo" de la gravitación cuando la fuente, la lente y el observador están en una alineación casi perfecta. Einstein comentó sobre este efecto en 1936 en un artículo motivado por una carta de un ingeniero checo, RW Mandl [1] , pero afirmó

Por supuesto, no hay esperanzas de observar este fenómeno directamente. Primero, casi nunca nos acercaremos lo suficiente a tal línea central. En segundo lugar, el ángulo β desafiará el poder de resolución de nuestros instrumentos.

-  Ciencia vol 84 p 506 1936

(En esta afirmación, β es el radio de Einstein actualmente denotado como en la expresión anterior). Sin embargo, Einstein solo estaba considerando la posibilidad de observar los anillos de Einstein producidos por las estrellas, que es baja: la posibilidad de observar los producidos por lentes más grandes como como galaxias o agujeros negros es mayor ya que el tamaño angular de un anillo de Einstein aumenta con la masa de la lente. ${\ Displaystyle \ theta _ {1},}$

El anillo de Einstein primera completa, designado B1938 + 666, fue descubierto por la colaboración entre astrónomos en la Universidad de Manchester y la NASA 's telescopio espacial Hubble en 1998.

Aparentemente, no ha habido ninguna observación de una estrella que forme un anillo de Einstein con otra estrella, pero hay un 45% de posibilidades de que esto suceda a principios de mayo de 2028 cuando Alpha Centauri A pasa entre nosotros y una estrella roja distante.

Anillos de Einstein conocidos

Imagen "Smiley" o "Cheshire Cat" de un cúmulo de galaxias (SDSS J1038 + 4849) y lentes gravitacionales (un "anillo de Einstein") descubierto por un equipo internacional de científicos, fotografiado con HST .

Actualmente se conocen cientos de lentes gravitacionales. Aproximadamente media docena de ellos son anillos de Einstein parciales con diámetros de hasta un segundo de arco , aunque como la distribución de masa de las lentes no es perfectamente simétrica axialmente o la fuente, la lente y el observador no están perfectamente alineados, todavía tenemos que ver un anillo de Einstein perfecto. La mayoría de los anillos se han descubierto en el radio de alcance. Aún no se ha definido el grado de completitud necesario para que una imagen vista a través de una lente gravitacional califique como un anillo de Einstein.

El primer anillo de Einstein fue descubierto por Hewitt et al. (1988), quienes observaron la fuente de radio MG1131 + 0456 usando Very Large Array . Esta observación vio un cuásar reflejado por una galaxia más cercana en dos imágenes separadas pero muy similares del mismo objeto, las imágenes se extendían alrededor de la lente en un anillo casi completo. Estas imágenes duales son otro posible efecto de que la fuente, la lente y el observador no estén perfectamente alineados.

El primer anillo de Einstein completo que se descubrió fue B1938 + 666 , que fue encontrado por King et al. (1998) mediante seguimiento óptico con el telescopio espacial Hubble de una lente gravitacional obtenida con MERLIN . La galaxia que causa la lente en B1938 + 666 es una antigua galaxia elíptica , y la imagen que vemos a través de la lente es una galaxia satélite enana oscura , que de otro modo no podríamos ver con la tecnología actual.

En 2005, la potencia combinada del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) con el Telescopio Espacial Hubble se utilizó en el Sloan Lens ACS (SLACS) Survey para encontrar 19 nuevas lentes gravitacionales, 8 de las cuales mostraban anillos de Einstein, estos son los 8 que se muestran. en la imagen adyacente. A partir de 2009, esta encuesta ha encontrado 85 lentes gravitacionales confirmados, pero aún no hay un número de cuántos muestran anillos de Einstein. Esta encuesta es responsable de la mayoría de los descubrimientos recientes de anillos de Einstein en el rango óptico, a continuación se muestran algunos ejemplos que se encontraron:

• PARA J0332-3557 , descubierto por Remi Cabanac et al. en 2005, destaca por su alto corrimiento al rojo que nos permite utilizarlo para realizar observaciones sobre el universo temprano .
• La " herradura cósmica " es un anillo de Einstein parcial que se observó a través de la lente gravitacional de LRG 3-757, una galaxia roja luminosa distintivamente grande. Fue descubierto en 2007 por V. Belokurov et al.
• SDSSJ0946 + 1006 , el "anillo doble de Einstein" fue descubierto por Raphael Gavazzi y Tomasso Treu en 2008, notable por la presencia de múltiples anillos observados a través de la misma lente gravitacional, cuyo significado se explica en la siguiente sección sobre anillos adicionales .

Otro ejemplo es el anillo de radio / rayos X de Einstein alrededor de PKS 1830-211, que es inusualmente fuerte en radio. Fue descubierto en X-Ray por Varsha Gupta et al. en el observatorio de rayos X Chandra. También es notable por ser el primer caso de un quásar reflejado por una galaxia espiral casi de frente .

Galaxy MG1654 + 1346 cuenta con un anillo de radio. La imagen del anillo es la de un radio lóbulo de cuásar , descubierto en 1989 por G. Langston et al.

Anillos extra

SDSSJ0946 + 1006 es un anillo de Einstein doble. Crédito: HST / NASA / ESA

Usando el telescopio espacial Hubble, Raphael Gavazzi del STScI y Tommaso Treu de la Universidad de California, Santa Bárbara han encontrado un anillo doble . Esto surge de la luz de tres galaxias a distancias de 3, 6 y 11 mil millones de años luz. Estos anillos ayudan a comprender la distribución de la materia oscura , la energía oscura , la naturaleza de las galaxias distantes y la curvatura del universo . Las probabilidades de encontrar un anillo tan doble alrededor de una galaxia masiva son de 1 en 10,000. El muestreo de 50 anillos dobles adecuados proporcionaría a los astrónomos una medición más precisa del contenido de materia oscura del universo y la ecuación de estado de la energía oscura con una precisión del 10 por ciento.

Simulación

A continuación, en la sección de la Galería, hay una simulación que muestra un zoom en un agujero negro de Schwarzschild en el plano de la Vía Láctea entre nosotros y el centro de la galaxia. El primer anillo de Einstein es la región más distorsionada de la imagen y muestra el disco galáctico . El zoom luego revela una serie de 4 anillos adicionales, cada vez más delgados y más cercanos a la sombra del agujero negro. Son múltiples imágenes del disco galáctico. El primero y el tercero corresponden a puntos que están detrás del agujero negro (desde la posición del observador) y corresponden aquí a la región amarilla brillante del disco galáctico (cerca del centro galáctico), mientras que el segundo y el cuarto corresponden a imágenes de objetos que están detrás del observador, que parecen más azules, ya que la parte correspondiente del disco galáctico es más delgada y, por lo tanto, más tenue aquí.

Galería

• 

  Algunos anillos de Einstein observados por SLACS

• 

  Los elegantes arcos alrededor de SDSSJ0146-0929 son ejemplos de un anillo de Einstein

• 

  Una vista simulada de un agujero negro que pasa frente a una galaxia.

• 

  Montaje del anillo de Einstein SDP.81 y la galaxia con lente

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  Anillos de Einstein cerca de un agujero negro

Ver también

• Cruz de Einstein
• Radio de Einstein
• SN Refsdal

Referencias

Revistas

Noticias

Otras lecturas

• Kochanek, CS; Keeton, CR; McLeod, BA (2001). "La importancia de los anillos de Einstein". El diario astrofísico . 547 (1): 50–59. arXiv : astro-ph / 0006116 . Código Bibliográfico : 2001ApJ ... 547 ... 50K . doi : 10.1086 / 318350 . S2CID  16122139 .