Simulando una lente gravitacional en casa

Uno de los aspectos de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, es que el espacio y el tiempo (vistos como un ente de cuatro dimensiones), se deforman cuando en ellos colocamos una masa [ver vídeos sobre este tema en una entrada sobre COSMOS, en verestrellas]. Cuanto mayor es la masa, mayor es la deformación. Los rayos luminosos, al viajar por ese espacio curvado, también se desviarán de la trayectoria recta al pasar cerca de una gran masa. Por lo que la posición aparente de una estrella lejana va a cambiar respecto a la posición real.

La observación de la posición de las estrellas cercanas al disco solar, en el eclipse total de Sol de 1919, sirvió como prueba de la validez de los postulados de Einstein. A continuación podemos ver una de esas fotos obtenidas durante la expedición de Eddington, en las Islas Príncipe:

Otra predicción de la Teoría de la Relatividad General sería la existencia de lentes gravitacionales. Si los objetos masivos curvan la trayectoria de los rayos luminosos (realmente curvan el espacio), entonces un objeto masivo  (por ejemplo un cuásar) que se encuentre entre nosotros y otro lejano, (por ejemplo una galaxia) curvaría la luz procedente de ella, produciendo un fenómeno similar al de las lentes en óptica. Dependiendo de la configuración espacial, podremos ver varias imágenes del objeto lejano, o también podría generar una imagen aumentada o deformada del mismo.

Aquí podemos ver de lo que estamos hablando. El cuásar 1523 genera una imagen doble de una galaxia lejana.

Efecto de lente gravitacional observado por el telescopio Keck.

Los efectos de lente gravitacional pueden utilizarse para detectar objetos masivos invisibles, como agujeros negros o planetas extrasolares. En la siguiente simulación, podemos ver como un agujero negro provoca la distorsión de la imagen de una galaxia al pasar por delante de ella:

Este fenómeno afecta a toda la radiación electromagnética por igual, por lo que un aspecto importante a tener en cuenta en este tipo de fenómenos, es que no se limitan solo a la luz visible, también se ven afectadas las microondas, las ondas de radio, ... Podemos ver una simulación de una radio galaxia, afectada por una lente gravitacional, aquí.

Veamos un par de ejemplos más:

La cruz de Einstein. Entre la Tierra y un cuásar lejano, situado a 8.000 millones de años luz hay una galaxia que está "solo" a 400 millones de años luz. La gravedad de la galaxia actúa como una lente enorme pero imperfecta que curva los rayos luminosos procedentes del cuásar, produciendo cuatro imágenes que hay en torno a la galaxia. La simetría de la imagen es debida a que la galaxia se encuentra exáctamente entre nosotros y el cuásar lejano.

Imagen de la Cruz de Einstein, tomada por el Hubble.

Agrupación de galaxias Abell 2218: Éste supercúmulo de galáxias, descubierto en 2004 por el telescopio espacial Hubble, se encuentra muy lejano, 3 mil millones de años luz de la Tierra. Sus características hacen que actúe de lente gravitacional, pudiendo ser detectadas galaxias aun más lejanas.

Ahora, vamos a intentar simularlo en casa.

Para hacer este experimento, llenaremos la bañera hasta la mitad más o menos, de agua.  La superficie del agua simulará el espacio. Después de usarla (no vamos a malgastar innecesariamente el agua) y dejar que se repose bien, con cuidado abriremos un poco el grifo para que gotee poco a poco, con esto generaremos los frentes de onda que produce una estrella. A continuación (con mucho cuidado), destaparemos el tapón y ya tendremos nuestro agugero negro. Echad un vistazo al vídeo explicatico.