Lentes gravitacionales: cuando las galaxias desvían la luz de otras galaxias

Una lente sin vidrio

En la teoría de la relatividad general, la luz se desplaza siguiendo trayectorias determinadas por la geometría del espacio-tiempo. Por eso, una gran masa puede modificar la dirección desde la que nos llega la luz de un objeto situado detrás de ella. Con una alineación adecuada, vemos varias imágenes de la misma fuente, arcos alargados o estructuras aproximadamente anulares. La masa situada en primer plano actúa entonces como lente gravitacional. A diferencia de una lente de vidrio convencional, no posee una superficie pulida con precisión. Su efecto depende de toda la distribución espacial de la masa y de las distancias entre la fuente, la lente y el observador. Este efecto no significa que la luz se desvíe debido a una carga eléctrica ordinaria. Es, más bien, una consecuencia de la gravitación y afecta tanto a la luz visible como a la radiación electromagnética de otras longitudes de onda, siempre que se propaguen a través de la misma geometría a gran escala.

La amplificación ofrece oportunidades y genera distorsiones

Una lente gravitacional puede amplificar la luz observada de una fuente lejana y aumentar su extensión aparente. Esto permite acceder a objetos que, sin este efecto, serían más difíciles de estudiar. Sin embargo, no se obtiene una imagen inalterada. Las formas se distorsionan, las distintas regiones se amplían en diferente medida y, en ocasiones, aparecen en imágenes múltiples. Para reconstruir la fuente original, los investigadores necesitan un modelo de la masa situada en primer plano. Las incertidumbres de este modelo repercuten en las conclusiones sobre el tamaño y el brillo de la galaxia de fondo. Las imágenes múltiples aportan, a su vez, información adicional: muestran la misma fuente a través de distintas trayectorias de la luz. En el caso de los objetos variables, esto puede permitir medir retardos temporales. Por tanto, la lente no es un mero truco óptico ni un telescopio cósmico perfecto, sino un sistema físico cuyo propio efecto debe medirse cuidadosamente.

La masa invisible se cartografía mediante métodos estadísticos

No todas las lentes gravitacionales producen arcos llamativos. A menudo, los cambios de forma de las galaxias de fondo individuales son tan pequeños que solo pueden detectarse estadísticamente al analizar un número muy elevado de objetos. Este efecto de lente gravitacional débil ayuda a estudiar la distribución de la masa gravitatoria a gran escala. También es sensible a la materia oscura, porque su gravedad actúa independientemente de que emita luz o no. El desafío consiste en distinguir el efecto cósmico buscado de las diferencias intrínsecas entre las formas de las galaxias y de las distorsiones instrumentales. Los grandes cartografiados del cielo son especialmente adecuados para ello. Por consiguiente, los mapas de lentes gravitacionales no muestran directamente un nuevo tipo de partícula, sino el efecto espacial de la masa bajo los supuestos de los modelos utilizados. Al combinar esta información con los movimientos estelares, las observaciones del gas y los datos cosmológicos, se obtiene una imagen de la distribución de la materia mucho más sólida que la proporcionada por un único método de medición.

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