Lente gravitacional

Un anillo de Einstein se forma solo cuando el observador, la lente y la fuente están perfectamente alineados. El Hubble captó el primer anillo de Einstein óptico en 1998; hoy el JWST resuelve cientos de ellos y los usa para pesar halos de materia oscura alrededor de galaxias en primer plano con una precisión inigualable. La lente gravitacional revela masa independientemente de si emite luz o no, lo que convierte a los estudios de lentes en una de las pruebas más sólidas de que aproximadamente el 27 % de la densidad de energía del universo es materia oscura fría.

Cualquier concentración de masa curva el espacio a su alrededor, y la luz que pasa cerca sigue esa curvatura: así una galaxia en primer plano desvía la luz de un objeto más lejano situado detrás. En lugar de una sola imagen se ven dos, un arco o un anillo completo, y cada una aparece más brillante. Cuanto mayor es la masa de la lente y más precisa la alineación, mayor es el radio de Einstein θ_E que calcula esta herramienta. Los astrónomos lo aprovechan como un teleobjetivo gratuito para estudiar galaxias demasiado débiles para verlas directamente.

Una lente gravitacional es un instrumento óptico sorprendentemente malo. Una lente convergente de vidrio desvía más los rayos cuanto más lejos pasan del centro y concentra la luz paralela en un único foco; la gravedad hace lo contrario: la desviación α = 4GM/(c²b) crece cuanto más cerca de la masa pasa la luz. Por eso los rayos paralelos nunca se encuentran en un punto, sino que se acumulan a lo largo de una línea que se extiende hasta el infinito. Ese mismo 'defecto' es lo que difumina las fuentes en anillos y arcos en vez de puntos nítidos.