Na relatividade geral de Einstein, a matéria e a energia curvam o espaço-tempo.
Uma visão animada de como o espaço-tempo responde quando a massa se move através dele ajuda a ilustrar quão qualitativamente ele não é apenas um pedaço de tecido. Em vez disso, todo o espaço tridimensional torna-se curvo devido à existência e às propriedades da matéria e da energia no universo. Múltiplas massas em órbita umas em torno das outras emitirão ondas gravitacionais, enquanto qualquer luz que passe através de uma região que contenha este espaço-tempo distorcido será curvada, distorcida e talvez amplificada pelos efeitos do espaço curvo.
Se reuníssemos massa suficiente num só lugar, o espaço ficaria severamente distorcido.
Nesta imagem, um enorme aglomerado de galáxias no centro dá origem a várias características de lente poderosas. As galáxias de fundo têm luz que é curvada, esticada e distorcida em anéis e arcos, onde também é amplificada por lentes. Este sistema de lentes gravitacionais é complexo, mas útil para aprender mais sobre a relatividade de Einstein em ação.
Quando a luz passa por essa região distorcida, ocorre curvatura e ampliação.
Uma galáxia distante de fundo é fotografada com tanta nitidez através do aglomerado sobreposto cheio de galáxias que três imagens independentes da galáxia de fundo podem ser vistas, com tempos de viagem de luz dramaticamente diferentes. Em teoria, as lentes gravitacionais poderiam revelar galáxias muito mais ténues do que seriam vistas sem tal lente, mas todas as lentes gravitacionais ocupam apenas uma gama muito estreita de localizações no céu, uma vez que são colocadas em torno de fontes de massa individuais.
Ela se comporta de forma semelhante a uma lente óptica, mas é movida pela gravidade: lente gravitacional.
Uma das características mais dramáticas encontradas no campo de El Gordo, vista com os olhos do Telescópio Espacial James Webb, é a estrela gigante vermelha mais distante já descoberta: Quyllur, o termo quíchua para estrela. É a primeira estrela gigante vermelha a ser descoberta a mais de mil milhões de anos-luz de distância e, na verdade, está a mais de 10 mil milhões de anos-luz de distância. Só foi visível devido às capacidades únicas do Telescópio Espacial James Webb combinadas com a ampliação das lentes gravitacionais de El Gordo.
Quando o observador, a lente e os objetos de fundo estão todos alinhados, Mostre recursos incríveis.
Esta ilustração das lentes gravitacionais mostra como as galáxias de fundo – ou qualquer caminho de luz – são distorcidas pela presença de massa interveniente, mas também mostra como o próprio espaço é curvado e distorcido pela presença da própria massa em primeiro plano. Quando vários objetos de fundo estão alinhados com a mesma lente de primeiro plano, vários conjuntos de múltiplas imagens podem ser vistos por um observador devidamente alinhado, ou até mesmo um “anel de Einstein” no caso de alinhamento perfeito. Se um evento transitório, como uma supernova, ocorrer na galáxia de fundo, ele aparecerá com atrasos nas diferentes imagens.
Arcos, múltiplas imagens e até episódios inteiros tornam-se possíveis.
Esta imagem lado a lado do aglomerado de galáxias SMACS 0723 mostra imagens MIRI (esquerda) e NIRCam (direita) desta região obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb. Observe que embora haja um aglomerado de galáxias brilhantes no centro da imagem, os objetos mais interessantes são distorcidos gravitacionalmente e amplificados pelo próprio aglomerado, e estão localizados muito mais longe do que o próprio aglomerado.
Freqüentemente, os aglomerados de galáxias são as melhores lentes gravitacionais, pois têm massas muito grandes.
A galáxia de lente tripla mostrada aqui é conhecida como “O Gancho”, devido à sua aparência única formada por lentes gravitacionais em primeiro plano. Embora todo o aglomerado em primeiro plano, El Gordo, represente a galáxia de fundo, é a galáxia dupla proeminente no aglomerado em primeiro plano que fornece ao “Anzol” sua aparência impressionante.
Mas galáxias compactas massivas também poderiam, teoricamente, atuar como lentes gravitacionais.
Este objeto não é uma galáxia com um único anel, mas sim duas galáxias a distâncias muito diferentes uma da outra: uma galáxia vermelha próxima e uma galáxia azul mais distante que é influenciada gravitacionalmente pela massa da galáxia em primeiro plano. Esses objetos simplesmente ficam na mesma linha de visão, com a luz da galáxia de fundo distorcida, esticada e amplificada pela gravidade da galáxia em primeiro plano. O resultado é um anel quase perfeito, que seria conhecido como anel de Einstein se fosse um círculo perfeito de 360 graus. Embora as lentes sejam mais comuns do que os aglomerados de galáxias, as galáxias individuais podem fazê-lo se forem compactas o suficiente e se o alinhamento estiver correto.
Essas galáxias são raras hojeMas galáxias massivas e compactas eram comuns há 10 a 12 mil milhões de anos.
Levando-nos muito além dos limites de qualquer observatório anterior, incluindo todos os telescópios terrestres na Terra mais o Hubble, o Telescópio Espacial James Webb da NASA mostrou-nos as galáxias mais distantes já descobertas no Universo. Se mapearmos bem as posições 3D das galáxias observadas e medidas, poderemos criar uma representação visual do universo, e os dados CEERS do JWST nos permitem fazer isso aqui. A distâncias maiores, as galáxias compactas são mais comuns; A distâncias mais próximas, galáxias mais difusas são a norma.
Observada pelo Telescópio Espacial James Webb, é uma galáxia massiva, compacta e distante Descobriu-se que ele se comporta como uma lente gravitacional.
Este sistema de lentes gravitacionais do campo COSMOS-Web consiste numa galáxia massiva e compacta localizada a aproximadamente 17 mil milhões de anos-luz de distância, e numa galáxia mais distante, a 21 mil milhões de anos-luz de distância, cuja luz é esticada numa forma semelhante a um anel. A decomposição dos dois componentes é mostrada abaixo.
A própria lente está a 17 bilhões de anos-luz de distância: outros 2,3 bilhões de anos-luz de distância Do recordista anterior.
Esta imagem mostra dados do Telescópio Espacial James Webb em cinco filtros NIRCam em diferentes comprimentos de onda (topo) da lente gravitacional e da galáxia lente atrás dela juntas. Abaixo, a luz é dividida para mostrar a lente frontal (esquerda) e o anel traseiro (direita) separados em seus respectivos componentes.
Outros 4 bilhões de anos-luz além da lente é uma galáxia de fundo, fotografada com um formato perfeito para a lente No anel de Einstein.
A mesma região do espaço fotografada pelo Telescópio Espacial James Webb foi anteriormente fotografada pelo Spitzer em comprimentos de onda longos (24 mícrons). A diferença na resolução entre os dois observatórios, combinada com discrepâncias na relação sinal-ruído, mostra quão superior o Telescópio Espacial James Webb (JWST) é ao seu antecessor no campo infravermelho.
A luz em forma de anel revela a massa da lente: 650 mil milhões de sóis, concentrados em apenas alguns milhares de anos-luz.
Uma vez que a galáxia com lentes mais distantes foi identificada nos dados do Telescópio Espacial James Webb, os dados de arquivo do Hubble foram examinados, onde evidências de um anel e lentes de primeiro plano foram detectadas nos dados, respectivamente, em 814 nm e 1,6 mícrons.
Múltiplas características fotografadas dentro do anel podem ser resolvidas na galáxia de fundo.
Ao examinar apenas um subconjunto da luz do Telescópio Espacial James Webb, o anel pode ser separado da lente frontal, onde várias características principais (como o brilho vermelho e regiões brilhantes de formação de estrelas) são destacadas e aparecem várias vezes. Com análises adicionais e dados futuros, as características individuais do fundo e o sistema de lentes podem ser totalmente reconstruídos.
Com o zoom de lente combinado e as capacidades do Telescópio Espacial James Webb, o universo está mais focado do que nunca.
Esta imagem de campo amplo, centrada em torno da lente gravitacional mais distante já descoberta, mostra uma área maior que o campo COSMOS-Web. O anel de Einstein é uma evidência clara da existência de lentes gravitacionais.
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