El espejismo cósmico conocido como lente gravitatoria fue una predicción de Einstein en su Teoría de la Relatividad General. El más conocido de estos fenómenos es un sistema de imágenes múltiples de un lejano cuásar que lleva por nombre "Cruz de Einstein". Investigadores del IAC, gracias a INTEGRAL -un nuevo instrumento desarrollado en este Instituto para realizar espectrocopia bidimensional mediante fibras ópticas-, han descubierto en esta lente un arco de luz, imposible de observar con los métodos convencionales de la Astronomía. Este arco es la imagen gravitatoria de la supuesta galaxia lejana que alberga al cuásar origen de la "Cruz de Einstein" y cuya existencia pasaba inadvertida para los astrónomos. La combinación de INTEGRAL y estos fenómenos cósmicos que actúan como verdaderos "telescopios gravitatorios" abren revolucionarias perspectivas en el estudio de objetos lejanos del Universo.

Lentes gravitatorias

Una de las primeras predicciones de la Teoría de la Relatividad General fue que los campos gravitatorios de algunos objetos desvían los rayos de luz procedentes de un cuerpo lejano generando más de una imagen del mismo. Estos sistemas de imágenes múltiples, conocidos como sistemas lente o espejismos gravitatorios, se producen cuando una gran concentración de masa (una galaxia o un grupo de galaxias) está situada cerca de la línea de visión que conecta al observador con una fuente luminosa distante, casi siempre un cuásar. En este caso, la luz que viaja entre la fuente y el observador, curvada debido a la gravedad, seguirá diferentes trayectorias, produciendo varias "imágenes" amplificadas de la fuente. Es decir, la concentración de masa actúa como una lente gravitatoria sobre los rayos de luz que proceden de la fuente. Hoy en día se conocen aproximadamente unos 30 sistemas múltiples de cuásares generados por el efecto lente gravitatoria.

Las lentes gravitatorias proporcionan las herramientas más poderosas para medir varios parámetros cosmológicos, entre ellos la edad del Universo y la cantidad de materia que contiene. La ventaja de estas medidas estriba en su independencia de los restantes métodos astronómicos y físicos.

Entre todas las lentes gravitatorias descubiertas en la actualidad, el sistema de cuatro componentes de la "Cruz de Einstein" es una de las más interesantes y espectaculares. Los investigadores del IAC observaron esta lente gravitatoria desde el Observatorio del Roque de los Muchachos. Para ello utilizaron INTEGRAL, un sistema de fibras ópticas que se ha instalado en el Telescopio "William Herschel" y que permite obtener espectros en dos dimensiones. "Por un lado -explica el astrofísico del IAC Evencio Mediavilla-, con la espectroscopia 2D se pueden obtener simultáneamente los espectros de las distintas componentes, no existiendo diferencias entre ellas debido a cambios en las condiciones atmosféricas o instrumentales. Por otro lado, permite detectar y estudiar regiones de gran tamaño en sistemas lente gravitatoria". Gracias a esta nueva técnica se puede observar de una sola vez el espectro detallado de toda la región afectada por la lente gravitatoria. Se obtiene así el "rompecabezas" completo en una sola sesión, descubriendo el resto de las "piezas", hasta entonces invisibles con las antiguas técnicas.

Gracias a los espectros obtenidos con el sistema INTEGRAL, los investigadores del IAC han descubierto un arco de luz que conecta tres de las cuatro componentes de la "Cruz de Einstein", fenómeno no observado hasta la fecha. "Este arco –explica Alex Oscoz-, se debe a la distorsión gravitatoria que ha sufrido la imagen de la galaxia que hospeda al cuásar origen de la Cruz de Einstein. Con este resultado se inicia el estudio de un nuevo tipo de lentes gravitatorias hasta ahora desconocidas. Este tipo de estudios pueden permitir resolver la estructura de los cuásares y ayudar a la realización de modelos teóricos de los sistemas lente gravitatoria. También esperamos que trabajos de este tipo estimulen el uso frecuente de INTEGRAL."

Estos resultados han sido publicados en la revista científica The Astrophysical Journal Letters; el artículo correspondiente hace el artículo científico número 1.000 del IAC publicado en revistas internacionales especializadas, aunque la cifra supera actualmente las 1.100 publicaciones. ("The two-dimensional spectroscopy reveals an arc of extended emission in the gravitational lens system Q2237+0305", por E. Mediavilla, S. Arribas, C. del Burgo, A. Oscoz, M. Serra-Ricart, D. Alcalde, E.E. Falco, L.J. Goicoechea, B. García-Lorenzo y J. Buitrago, en ApJ, 503:L27-L30, 1998 August 10).

Espectroscopía bidimensional

Un telescopio es un colector de fotones que concentra en un punto la luz, muy débil, que nos llega del mundo exterior. En este foco, el astrónomo debe colocar la instrumentación específica para recoger, analizar y extraer la información que transportan los rayos de luz. El desarrollo de esa instrumentación (espectrógrafos, fotómetros, cámaras, ...) requiere una ingeniería que desarrolle los componentes electrónicos, mecánicos, ópticos y de software necesarios. Entre esta instrumentación óptica se encuentra el sistema de fibras ópticas INTEGRAL, proyecto propuesto, construido y gestionado por el IAC, en el marco de una colaboración internacional con el Royal Greenwich Observatory (RGO) y el Isaac Newton Group (ING) de La Palma. Su objetivo era desarrollar un instrumento para realizar espectroscopia bidimensional con fibras ópticas e instalarlo en el telescopio "William Herschel", del Observatorio del Roque de los Muchachos. "El nuevo sistema, disponible para la comunidad científica internacional desde 1998, permite realizar de forma simultánea espectroscopia de unas 200 regiones de objetos astronómicos extensos", explica el investigador principal de este proyecto, Santiago Arribas. Este astrofísico, científico titular del CSIC en el IAC, ha sido recientemente elegido por la Agencia Europea del Espacio (ESA) uno de los miembros del Equipo Científico que supervisa los estudios de la ESA relativos al NGST (New Generation Space Telescope), un telescopio espacial de 8 metros de diámetro que sustituirá al "Hubble" hacia el año 2008.

Además de un diseño que permite superar limitaciones de sistemas previos, INTEGRAL incorpora tecnología de vanguardia. "Los haces de observación de INTEGRAL –informa José Miguel Herreros, gestor del proyecto- han sido construidos con fibras ópticas de la última generación. En concreto se han utilizado fibras que incluyen en su proceso de fabricación un tratamiento especial con hidrógeno, lo cual ha permitido mejorar considerablemente la obtención de espectros en el ultravioleta, manteniendo las propiedades de transmisión en el infrarrojo."

Además del arco de emisión de la "Cruz de Einstein", INTEGRAL ha permitido probar una nueva técnica para el estudio de pares de objetos con una gran diferencia de intensidad entre ellos, como la estrella binaria HD 167605, recientemente detectada con el Telescopio Espacial Hubble. También se ha aplicado con éxito al estudio del núcleo de M31 -la galaxia de Andrómeda-, al núcleo de la galaxia en interacción NGC 2992, a galaxias infrarrojas ultralumínicas y a la fusión de galaxias.

DISPONIBLES IMÁGENES EN BETACAM: Tel: 922605206 y 922605371

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