Anel de Einstein – A Gravidade A Serviço dos Astrônomos

 A primeira imagem de um Anel de Einstein. Foi capturado pelo VLA em 1987. Crédito: NRAO/AUI/NSF

Em 1919, os astrônomos Arthur Eddington e Andrew Crommelin capturaram imagens fotográficas de um eclipse solar total. O Sol estava na constelação de Touro na época, e algumas de suas estrelas podiam ser vistas nas fotografias. Mas as estrelas não estavam exatamente no lugar esperado. A tremenda gravidade do Sol havia desviado a luz dessas estrelas, fazendo-as parecer um pouco fora do lugar. Foi a primeira demonstração de que a gravidade poderia mudar o caminho da luz, assim como previsto por Albert Einstein em 1915, e vale sempre lembrar que o Brasil teve um papel fundamental nisso, pois as imagens desse eclipse feitas em Sobral no Ceará é que foram usadas para fazer essa determinação.

A curvatura da luz pela massa de uma estrela ou galáxia é uma das previsões centrais da relatividade geral. Embora Einstein tenha previsto pela primeira vez a deflexão da luz de uma única estrela, outros, como Oliver Lodge, argumentaram que uma grande massa poderia atuar como uma lente gravitacional, distorcendo o caminho da luz de maneira semelhante à maneira como uma lente de vidro focaliza a luz. Em 1935, Einstein demonstrou como a luz de uma galáxia distante poderia ser deformada por uma galáxia à sua frente para criar um anel de luz.

A imagem de maior resolução do ALMA já revela a poeira brilhando dentro da galáxia distante SDP.81. A estrutura do anel foi criada por uma lente gravitacional que distorceu a visão da galáxia distante em uma estrutura semelhante a um anel. Crédito: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

Nascia aí o termo Anel de Einstein, como ficou conhecido, faria a galáxia distante parecer um anel ou arco de luz ao redor da galáxia mais próxima. Mas Einstein pensou que esse efeito nunca seria observado. Esses arcos de luz seriam muito fracos para os telescópios ópticos capturarem. Einstein estava certo até 1998, quando o Telescópio Espacial Hubble capturou um anel ao redor da galáxia B1938+666. Este foi o primeiro anel óptico a ser observado, mas não foi o primeiro Anel de Einstein. O primeiro anel foi visto na luz do rádio e foi capturado pelo Very Large Array (VLA).

Em 1987, uma equipe de estudantes do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica do MIT sob a orientação do professor Bernard Burke, e liderada pelo estudante de doutorado Jackie Hewitt, usou o VLA para fazer imagens detalhadas de objetos emissores de rádio conhecidos. Um deles, conhecido como MG1131+0456, apresentava uma forma oval distinta com dois lóbulos brilhantes. Hewitt e sua equipe consideraram vários modelos para explicar a forma incomum, mas apenas um anel de Einstein correspondeu aos dados. A previsão galáctica de Einstein foi finalmente observada.

A radioastronomia é particularmente boa para capturar galáxias com lentes. Eles se tornaram uma ferramenta poderosa para os radioastrônomos. Assim como uma lente de vidro focaliza a luz para fazer um objeto parecer mais brilhante e maior, o mesmo acontece com uma lente gravitacional. Observando galáxias com lentes, os radioastrônomos podem estudar galáxias que seriam muito distantes e fracas para serem vistas por conta própria. Os anéis de Einstein podem ser usados ​​para medir a massa da galáxia mais próxima ou do aglomerado galáctico, uma vez que a quantidade de lentes gravitacionais depende da massa da galáxia em primeiro plano. 

Um dos aspectos mais interessantes da lente gravitacional é que ela pode ser usada para medir a taxa de expansão do universo. A luz de uma galáxia distante pode seguir muitos caminhos diferentes ao passar pela galáxia em primeiro plano. Cada um desses caminhos pode ter distâncias diferentes, o que significa que a luz pode nos alcançar em momentos diferentes. Podemos ver uma explosão de luz da galáxia várias vezes, cada uma de um caminho diferente. Os astrônomos podem usar isso para calcular a distância galáctica e, portanto, a escala do cosmos. 

Desde a primeira detecção de um anel de Einstein pelo VLA, os radioastrônomos encontraram mais deles e os capturaram com mais detalhes. Em 2015, por exemplo, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) fez uma imagem detalhada dos arcos de lente de uma galáxia distante chamada SDP.81. A imagem era nítida o suficiente para que os astrônomos pudessem rastrear os arcos de volta à sua fonte para estudar como as estrelas se formaram dentro da galáxia. 

Os anéis de Einstein agora são comumente vistos em imagens astronômicas, particularmente em imagens de campo profundo, como as do Telescópio Espacial James Webb e outras. Como a radioastronomia mostrou, eles são mais do que apenas bonitos. Eles nos dão uma nova lente sobre o cosmos. 

Fonte: public.nrao.edu