Quando la Massa Deforma lo Spazio Tempo: Lenti Gravitazionali


    Nel 1919 Sir Arthur Eddington si recò a Sào Tomé e Principe per osservare una eclisse totale di Sole; niente di più comune, ma abbastanza per lasciare indelebile una pietra miliare nella scienza moderna.

    Osservando le stelle visibili in prossimità del disco solare oscurato dall'eclisse infatti lo scienziato inglese dimostro sperimentalmente e senza alcuna ombra di dubbio uno degli effetti più blasonati della teoria della relatività di Einstein: osservò infatti che le stelle osservate si disponevano in posizioni leggermente esterne rispetto a dove avrebbero dovuto essere in assenza di questo effetto.

    [inline: 1= Immagine - 1 - lente gravitazionale] Immagine - 1 - Deformazione del cammino luminoso in prossimità di una grande massa (in questo caso un ammasso di galassie).

    Ciò che Eddington osservò quindi fu la deflessione della luce in prossimità di una grande massa.

    La teoria di Einstein afferma che una grande massa deforma lo spazio tempo circostante incurvandolo; questo effetto produce di conseguenza una curvatura di tutte le linee di forza e di tutte le geodetiche.

    Un fascio luminoso (che per definizione segue le geodetiche dello spazio tempo), quindi, passando in prossimità di una grande a, non procederà in linea retta, come il senso comune vuole, ma seguirà la curvatura dello spazio tempo, esattamente come un treno segue i binari.

    Tanto maggiore è la massa dell'oggetto, che deforma lo spazio-tempo, tanto maggiore risulterà la deformazione, quindi tanto maggiore i raggi luminosi verranno incurvati (vedere Immagine - 1).

    [inline: 2= Immagine - 2 - arco gravitazionale CL2244 ripreso da [email protected]] Immagine - 2 - Arco Gravitazionale CL2244 ripreso dalla camera blu LBC del telescopio Binoculare LBT durante la sua fase di commissioning; l'arco gravitazionale per sua natura risulta più blu delle galassie dell' ammasso poiché subisce il fenomeno della magnificazione.

    La massa come lente

    Quando una massa è molto grande crea una profonda buca di potenziale nello spazio-tempo, altrimenti piatto; tale buca di potenziale, per un fascio luminoso incidente, produce un risultato analogo a quello di una lente ottica bi-concava.

    In questo caso, a seconda della geometria (e della simmetria della lente), che si viene a creare tra i fasci luminosi, l'angolo di incidenza e l'angolo di convergenza della lente, si possono manifestare differenti situazioni.

    • Magnificazione di una sorgente, avviene sempre e produce un aumento del flusso apparente della sorgente luminosa, che viene in gergo "lentizzata".
    • Immagini multiple di una sorgente (famose sono le croci di Einstein ), quando la lente scompone il fascio incidente e quindi la stessa sorgente viene proiettata più volte, ma la proiezione non corrisponde ad una sorgente reale, ma ad un doppione del fascio originario, infatti ogni proiezione risulta avere lo stesso spettro della sorgente incidente.
    • Archi gravitazionali , si originano generalmente ogni qual volta una sorgente si trova dietro la massa che fa da lente (vedere fig. n.2) e nel caso in cui la lente in questione sia a simmetria sferica.
    • Anello di Einstein, quando la sorgente, che emette la luce si viene a trovare esattamente dietro la massa, che fa da lente e lungo il suo asse di simmetria.

    [inline: 3= Immagine - 3 - ammasso Abell1689] Immagine - 3 - Immagine - 3 - Archi Gravitazionali in Abel1689 ripresi dall' HST; notare la simmetria della disposizione degli archi con centro di curvatura nella direzione centrale dell' ammasso di galassie.

    Grazie alla deformazione, che la luce subisce lungo il suo cammino ottico è possibile ricostruire indirettamente in buona approssimazione la massa, che produce la deflessione.

    Queste ricerche hanno fornito negli ultimi anni dei risultati stimolanti e qualitativamente rilevanti in ambito cosmologico: anche se una massa non si vede se c'è, tenderà comunque a deformare lo spazio-tempo circostante e grazie alla distribuzione della luce nell'immagine si possono ricostruire delle mappe di densità della materia oscura negli ammassi e nei super-ammassi di galassie.

    Di seguito mostriamo a nostro avviso la più bella immagine mai ripresa dall'Hubble Space Telescope e sicuramente la più densa di significato Astrofisico-Cosmologico; stiamo parlando dell'immagine profonda dell'ammasso di galassie chiamato Abell1689 in cui sono presenti una miriade di archi gravitazionali (vedere Immagine - 3 e sitografia per una immagine ad alta risoluzione).

    Sitografia

    HST home page http://hubble.nasa.gov

    [email protected] image Gallery http://lbc.oa-roma.inaf.it/astroimages.html

    Abel1689 HST gallery http://hubblesite.org/gallery/album/exotic_collection/pr2003001a/

    Sir Arthur Eddington http://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Eddington

    Albert Einstein http://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein



    Newsletter

    Resta informato con le nostre notizie periodicamente

    Cliccando sul pulsante iscriviti acconsenti al trattamento dei tuoi dati. La tua email non verrà MAI ceduta a nessuno!