O princípio físico por detrás do fenómeno de uma lente gravitacional, também chamada de miragem cósmica, é conhecido desde 1916, como consequência da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. O campo gravitacional de um objecto de massa elevada encurva a geometria local do Universo, de forma que a luz ao passar perto do objecto também curva (tal como uma recta à superfície da Terra é necessariamente curva por causa da curvatura da superfície terrestre).

Este efeito foi observado pela primeira vez em 1919 durante um eclipse total do Sol. As posições de estrelas que se encontravam no céu escuro perto do Sol eclipsado foram medidas com precisão, indicando um aparente deslocamento destas na direcção oposta ao Sol, cujo valor era previsto pela teoria de Einstein. O efeito deve-se à atracção gravitacional que o Sol exerce na luz das estrelas quando esta passa perto do Sol, no seu trajecto até nós.

Em 1930, o astrónomo suíço F. Zwicky apercebeu-se que o mesmo efeito pode acontecer no espaço longínquo, onde galáxias e enxames de galáxias podem ser suficientemente compactas e possuirem suficiente massa para encurvar a luz de objectos ainda mais distantes. Contudo, só cinco décadas mais tarde, em 1979, é que estas ideias foram confirmadas observacionalmente, quando a primeira miragem cósmica foi descoberta (duas imagens do mesmo quasar distante).

As miragens cósmicas são geralmente observadas como imagens múltiplas de um único quasar. Este sofre o efeito de lente gravitacional devido a uma galáxia localizada entre o quasar e nós. O número e a forma das imagens do quasar dependem das posições relativas do quasar, da galáxia que faz de lente e de nós. Se o alinhamento for perfeito, também se vê uma imagem em forma de anel à volta do objecto que faz de lente – é o anel de Einstein. Embora seja muito raro, já se têm observado anéis de Einstein em alguns casos.

Outro aspecto particular do efeito de lente gravitacional é que o brilho das múltiplas imagens do mesmo objecto é muito maior do que seria sem a lente gravitacional, tal como numa vulgar lente óptica. Galáxias distantes e enxames de galáxias podem actuar como “telescópios naturais”, permitindo observarmos objectos longínquos que de outra forma seriam demasiado ténues para observarmos com os telescópios actuais.

Uma nova lente gravitacional, designada por RXS J1131-1231, foi descoberta em Maio de 2002 por D. Sluse (ESO), quando inspeccionava imagens de quasares obtidas com o telescópio de 3,6 m do ESO no Observatório de La Silla, no Chile. A partir de uma simples inspecção visual destas imagens, Sluse concluiu que o sistema tinha quatro objectos do tipo estrela (que são as imagens do quasar com o efeito da lente gravitacional) e uma componente difusa (a galáxia que faz de lente).

A separação entre as componentes é muito pequena, da ordem do segundo de arco ou menos, e a turbulência da atmosfera terrestre provoca um espalhamento da luz que retira a nitidez da imagem. Assim, foi necessário aplicar uma técnica de deconvolução, implementada em software sofisticado de tratamento de imagem, para se obter uma imagem final mais nítida e de maior resolução, em que medições de grande precisão de posição e brilho foram realizadas. O complexo sistema foi assim muito melhor visualizado e, em particular, foi confirmado o anel de Einstein.

A equipa de astrónomos utilizarou então o telescópio de 3,5 m do ESO, o NTT (New Technology Telescope), no Observatório de La Silla, para obter espectros das componentes individuais da imagem deste sistema de lentes. Os espectros são essenciais, pois permitem uma identificação sem ambiguidades dos objectos observados – tanto da fonte como do objecto que faz de lente.

A análise dos espectros mostrou que a fonte é um quasar com um desvio para o vermelho de 0,66, a que corresponde uma distância de cerca de 6300 milhões de anos-luz. A lente gravitacional deve-se a uma galáxia elíptica de massa elevada que tem um desvio para o vermelho de 0,3, ou seja, que se encontra a 3500 milhões de anos-luz. Este é o quasar que sofre o efeito de lente gravitacional mais próximo de nós até hoje descoberto.

Relacionando a geometria do sistema e a posição da galáxia que faz de lente, é possível mostrar que a luz da galáxia onde reside o quasar também devia sofrer o efeito de lente e tornar-se visível como uma imagem em forma de anel. De facto, é o que se observa, um anel de Einstein à volta da imagem da galáxia mais próxima, a que faz de lente.

A configuração particular das imagens individuais do quasar permitiu aos astrónomos produzirem um modelo detalhado do sistema, a partir do qual estimaram o brilho relativo das várias imagens que esperavam ser observado.

Inesperadamente, descobriram que o brilho previsto para as três imagens mais brilhantes do quasar não estava de acordo com o observado, pois uma das imagens era uma magnitude (ou seja, um factor de 2,5) mais brilhante do que o estimado. Parece, então, que um outro efeito poderá estar presente neste sistema.

A hipótese avançada por D. Sluse e os seus colaboradores é que uma das imagens sofre o efeito de uma microlente. Este efeito tem a mesma natureza que as miragens cósmicas, mas, neste caso, a deflexão da luz é causada por uma única estrela (ou algumas estrelas) pertencentes à galáxia que faz de macrolente. O resultado é que há mais imagens do quasar, não resolvidas, numa das imagens observadas. Por isso, essa imagem em particular é mais brilhante do que se esperava.

Para verificar esta hipótese, mais observações estão já planeadas, agora com o VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Observatório do Paranal (Chile), com o VLA (Very Large Array), um observatório de radiotelescópios no Novo México (EUA), e com o Telescópio Espacial Hubble (NASA/ESA).

Fonte da notícia: http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2003/pr-19-03.html