Lenti gravitazionali: effetti, esempi e utilità cosmologica

Effetti della relatività generale

Uno degli effetti più interessanti della relatività generale di Einstein si verifica quando tra una sorgente e un osservatore s'interpone lungo la linea di vista un oggetto di grande massa, come una galassia o un ammasso di galassie. Il campo gravitazionale di tale oggetto agisce infatti allora sui raggi luminosi provenienti dalla sorgente ( una galassia lontana o una quasar) allo stesso modo di una lente, deviandoli lungo traiettorie di differenti lunghezze: si vedono così più immagini della stessa sorgente, di aspetto identico ma leggermente separate nel cielo. Uno degli effetti più interessanti della relatività generale di Einstein si verifica quando tra una sorgente e un osservatore s'interpone lungo la linea di vista un oggetto di grande massa, come una galassia o un ammasso di galassie. Il campo gravitazionale di tale oggetto agisce infatti allora sui raggi luminosi provenienti dalla sorgente ( una galassia lontana o una quasar) allo stesso modo di una lente, deviandoli lungo traiettorie di differenti lunghezze: si vedono così più immagini della stessa sorgente, di aspetto identico ma leggermente separate nel cielo.

Anello di Einstein e Abell 2218

Se la galassia è perfettamente simmetrica rispetto alla linea di vista che collega la sorgente e l'osservatore, si osserva un'immagine anulare, detta 'anello di Einstein'. L'immagine qui mostrata, ripresa dal telescopio spaziale Hubble, è un esempio di un oggetto che ha procurato un effetto di lente gravitazionale: si tratta dell'ammasso di galassie Abell 2218, distante circa 2 miliardi di anni luce. Gli archi che circondano il centro dell'ammasso sono immagini distorte di una galassia situata oltre l'ammasso a una distanza 5-10 volte maggiore, procurate dal forte campo gravitazionale dell'ammasso.

Quasar e lenti gravitazionali

Le quasar sono oggetti ideali per l'osservazione dell'effetto di lente gravitazionale, poiché sono allo stesso tempo molto lontane e molto luminose; inoltre, sono abbastanza rare da avvalorare l'ipotesi che si stia osservando un effetto di lente gravitazionale quando se ne vedono più d'una nella stessa regione di cielo.
L'effetto di lente gravitazionale non è soltanto spettacolare, ma anche utile: lo studio accurato delle immagini multiple può infatti aiutare a determinare il valore del tasso di espansione dell'Universo, attraverso la misura della distanza di oggetti extragalattici, calcolo tra i più importanti della moderna cosmologia. Se infatti una sorgente brilla improvvisamente, il flusso luminoso emesso dall'astro si vedrà nelle diverse immagini in tempi diversi, che dipendono dalla traiettoria percorsa; la misura del ritardo di tempo con cui il brillamento si verifica nelle varie immagini fornisce la distanza dell'oggetto situato tra l'osservatore e la sorgente. Infatti, ogni ritardo, moltiplicato per la velocità della luce, dà la differenza tra le distanze della sorgente da una coppia di immagini; conoscendo il valore degli angoli in gioco e utilizzando un po' di geometria e di trigonometria, si ricavano anche altre distanze, tra cui quella dell'oggetto che ha agito da lente.
Claudio Censori (www.cosmored.it) I colori dell'Universo: immagini dal Firmamento