Até agora, todos sabem que o espaço pode deformar.

Cruz Cósmica. Uma galáxia situada entre a Terra e um quasar a 8 bilhões de anos-luz de distância cria uma “lente gravitacional” que dobra a luz do quasar, criando os quatro objetos externos brilhantes nesta imagem. Crédito da imagem: NASA/ESA/STScI

A teoria geral da relatividade de Albert Einstein de 1916 previu isso, e mais tarde foi confirmado quando uma estrela em Touro ao lado do Sol eclipsado apareceu ligeiramente deslocada, o caminho da luz dessa estrela para a Terra foi alterado pela gravidade solar. Mas ninguém imaginou um uso prático para esse fenômeno. 

O físico russo Orest Chwolson recebe crédito por ser o primeiro, em 1924, a explicar como o alinhamento perfeito de um objeto massivo mais próximo e um objeto luminoso distante poderia criar um anel ao redor da entidade em primeiro plano, já que sua gravidade influencia os caminhos dos fótons que passam. Com efeito, agiria como uma lente e curvaria a luz. Einstein discutiu isso de maneira excelente 12 anos depois, mas disse que nunca seria realmente observado porque achava que as chances eram muito pequenas de uma estrela se alinhar perfeitamente com outra de fundo. 

No ano seguinte, em 1937, o brilhante iconoclasta Fritz Zwicky fez uma avaliação muito mais otimista. Ele mostrou matematicamente que um aglomerado de galáxias, que ocupa muito mais área angular no céu do que uma única estrela, poderia servir como lente para focalizar a luz de um objeto brilhante distante em um anel ou, se o alinhamento fosse menos perfeito, veríamos uma série de arcos ou mesmo vários pontos. 

Então que a questão ficou para os próximos 42 anos. Como atum misturado com marshmallows coloridos, existia apenas como uma noção bizarra. 

Tudo mudou em 1979, no entanto, com a descoberta do primeiro objeto com lente gravitacional, QSO 0957+561. Esse bizarro “quasar gêmeo” reviveu o problema e começou a rolar a bola para buscas sérias por lentes adicionais. 

Os astrônomos então perceberam que esse fenômeno poderia ser explorado. Para começar, a lente de primeiro plano pode aumentar o brilho de qualquer coisa no fundo, criando efetivamente um “telescópio gravitacional”. Ao aumentar a luz de entidades de fundo impossivelmente fracas e distantes, os astrônomos na última década descobriram as galáxias e quasares mais distantes e recordes. 

Aqueles familiarizados com óptica podem se perguntar sobre a distância focal ou o ponto focal de tal lente, mas não há nenhum. Em vez disso, uma lente gravitacional tem uma “linha focal”, uma direção, e um observador em qualquer lugar ao longo dessa linha verá o objeto de fundo alterado realçado em brilho e também distorcido em um anel, arco, série de arcos ou série de pontos brilhantes, dependendo do alinhamento exato.

A Lente da Galáxia Huchra forma o meio da Cruz de Einstein mostrada na foto acima. Crédito da imagem: ESO

Se uma lente gravitacional não ilumina um objeto, a galáxia ou quasar de fundo ainda pode ser detectado de forma esticada ou formando arcos, sempre perpendicular à direção da lente. Finalmente, há a “microlente”, onde a distorção está ausente, mas uma sutil variação de brilho aparece ao longo do tempo. 

Este é o princípio por trás do incrível Experimento de Lente Gravitacional Óptica (OGLE), que começou em 1992 e detectou muitas estrelas invisíveis e até planetas extra-solares enquanto procurava sinais de matéria escura. 

Uma vez que os caminhos através do espaço de cada uma das imagens da lente não têm o mesmo comprimento, os astrônomos observam um atraso de tempo entre eles. Vemos uma imagem antes de ver a outra. Se ocorrerem oscilações ou mudanças espectrais, nós as observamos se desdobrarem em sequência. 

Tudo isso fornece o pano de fundo e o preâmbulo da Cruz de Einstein, que é o quasar de lente quádrupla Q2237+030. Este objeto, a 8 bilhões de anos-luz de distância, encontra-se precisamente atrás de uma galáxia em primeiro plano chamada ZW 2237+030, que veio a ser chamada de Lente de Huchra. Sua gravidade intercepta a imagem do quasar e divide sua luz em quatro cópias separadas e completas, criando uma cruz quase perfeita. A galáxia lente quase invisível aparece em seu centro. 

A cerca de 400 milhões de anos-luz de distância, a galáxia lente está 20 vezes mais próxima de nós do que o quasar distante. Se você nunca notou essa configuração estranha no céu noturno na parte sul da constelação de Pégaso, é porque é de magnitude 17, muito além do alcance visual da maioria dos telescópios de quintal e 25.000 vezes mais fraco do que as estrelas mais fracas a olho nu. Além disso, o tamanho da Cruz é desafiador e minúsculo de 1,6 segundos de arco, menor que a largura angular de Netuno. Os apaixonados pela nomenclatura podem chamar as cópias individuais do quasar Q2237+030A, B, C e D. 

Lente e microlente continuam a ser uma avenida quente de estudos em andamento. Além do aumento de brilho e das descobertas rotineiras de “galáxias mais distantes” cada vez mais distantes, os astrônomos às vezes podem detectar o movimento orbital de membros com lentes de sistemas estelares binários. Esse fenômeno agora é chamado de “efeito xallarap”. É como a paralaxe (e é por isso que a palavra é invertida), onde o movimento celeste aparente fornece informações úteis, tudo devido à mudança da posição orbital da Terra. Exceto, que são os deslocamentos da estrela dupla contra o alinhamento da lente que produzem a mudança.

Tente usar o “efeito xallarap” em seu próximo jogo de Trivial Pursuit. Se alguém souber, case-se.

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Referência:

BERMAN, Bob. The Einstein Cross. Astronomy, 18, set. 2015. Disponível em: <https://astronomy.com/magazine/weirdest-objects/2015/09/15-the-einstein-cross>. Acesso em: 27, mar. 2022.