Figura 1
Lentes gravitacionais (1911-1962). Linha do tempo com os principais avanços da área de LGs na Idade Antiga. Afora o experimento crucial do eclipse de 1919, todos os resultados da idade antiga são teóricos. Por completeza mostramos o período de estagnação (idade média). Somente após um silêncio de 25 anos, a área seria impulsionada por novas previsões teóricas e descobertas observacionais.
Figura 2
Geometria, curvatura e matéria. Na teoria gravitacional de Einstein, a geometria do espaço-tempo depende da presença da matéria. A curvatura pode ser visualizada pelo efeito de um corpo sobre uma folha de borracha. Longe da fonte, o efeito sobre o contínuo espaço-tempo é desprezível, enquanto nas suas proximidades torna-se curvo, alterando o movimento de todas as partículas, inclusive da luz.
Figura 3
Deflexão da luz estelar pelo Sol. A luz emitida por uma estrela sofre uma deflexão de um ângulo ao passar próximo ao Sol. O valor do ângulo depende crucialmente da teoria de gravidade adotada no seu cálculo (Newton ou Einstein) e diferem por um fator 2 a favor da teoria de Einstein, = 2 (mais detalhes no texto).
Figura 4
Medida do ângulo de deflexão em 3 etapas. a) Estrelas são imagiadas no campo de visão sem a presença do Sol. b) Posição deslocada das mesmas estrelas no momento do eclipse, e c) Superposição final das duas chapas fotográficas e determinação do ângulo de desvio. O resultado revelou-se de acordo com a teoria de Einstein.
Figura 5
Geometria para eventos de lente pontual. As respectivas distâncias entre observador (O), lente (L) e fonte (F) são , e . A luz emitida pela fonte é defletida próxima a lente. Os ângulos , e são pequenos e medidos em relação ao eixo ótico (EO). Note que é o ângulo entre a fonte e uma das imagens, enquanto e especificam, respectivamente, a posição da fonte no céu e da imagem inferior. O ângulo é a deflexão angular (valor de Einstein) e o parâmetro de impacto. Para , duas imagens (distorcidas) são formadas, mas o caso (alinhamento total) é degenerado, com a imagem formando o chamado anel de Einstein.
Figura 6
Formação de um anel de Einstein galáctico, como sugerido por Zwicky. A imagem de uma galáxia azul mais distante (fonte) foi distorcida por uma galáxia elíptica mais próxima (lente). Devido a precisão do alinhamento a galáxia de fundo é distorcida formando um anel quase completo (ver texto). Suas propriedades permitem determinar o conteúdo de massa da galáxia, incluindo a matéria escura (crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA).
Figura 7
Imagens múltiplas. Quando existem vários caminhos óticos independentes, diferentes imagens são observadas. a) Cruz de Einstein; b) Formação de arcos (gigantes e pequenos) em aglomerados.
Figura 8
Lentes gravitacionais na Idade Moderna (1963-2005). Linha do tempo mostrando os principais avanços teóricos e observacionais na área de lentes gravitacionais no período. A identificação dos quasares (1963) e a primeira observação de uma imagem dupla em 1979 (QSO 0957+561 A & B) estão entre as mais extraordinárias descobertas do período.
Figura 9
Espectros dos QSOs 0957+561, A, e, B [43][43] D. Walsh, R.F. Carswell e R.J. Weymann, Nature 279, 381 (1979).. Note a semelhança dos espectros extraídos no mesmo redshift. Espectros mais precisos em várias bandas, revelaram que os critérios gerais para identificação de miragens, formulados no final da seção 3.3, são obedecidos nos quasares gêmeos.
Figura 10
Imagem do telescópio espacial Hubble (HST), mostrando a dupla miragem do quasar QSO 0957 + 561 (os 2 pontos mais brilhantes, A e B). A galáxia lente (YGKOW G1), está mais próxima de B (mais detalhes no texto). Crédito da Imagem: ESA/Hubble & NASA (com adaptação pedagógica).
Figura 11
Curva de rotação de uma galáxia espiral. A diferença entre a curva superior (onde estão os dados) e a inferior teórica pode ser explicada pela presença de uma componente invisível que interage apenas gravitacionalmente (ver texto)
Figura 12
Variação da magnificação (curva de luz) como função do tempo em lentes pontuais. As curvas foram traçadas para 5 parâmetros de impacto diferentes (não mostrados). O circulo é o anel de Einstein e as setas indicam as trajetórias. Quanto menor o parâmetro de impacto, maior a magnificação. Note a simetria da curva em torno de t=0. (Adaptado de [57][57] B. Paczynski, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 34, 419 (1996).).
Figura 13
Curva de luz de um efeito de microlente planetária . As diferentes cores representam as contribuições de vários telescópios. O canto superior é um “zoom" da anomalia planetária, cujo melhor ajuste é indicado pela linha preta sólida. O planeta tem uma massa de (ver texto) e está a uma distância de 2,6 UA da estrela hospedeira (extraída de [55][55] J.P. Beaulieu, D.P. Bennett, P. Fouqué, A. Williams, M. Dominik, U.G. Jorgensen, D. Kubas, A. Cassan, C. Coutures, J. Greenhill, et al., Nature 439, 437 (2006).).
Figura 14
Imagens múltiplas, arcos gigantes e pequenos arcos. Todas as imagens são vistas no grande aglomerado Abell 2218, no redshift , um dos mais espetaculares sistemas de arcos variados (Crédito da imagem: Space Telescope Science Institute).
Figura 15
No caso dos exemplos (a) e (c) temos imagens distorcidas devido ao efeito de lente fraca, já no (b) temos a formação de múltiplas imagens devido ao efeito de lente forte.
Figura 11
Curva de rotação de uma galáxia espiral. A diferença entre a curva superior (onde estão os dados) e a inferior teórica pode ser explicada pela presença de uma componente invisível que interage apenas gravitacionalmente (ver texto)
Figura 12
Variação da magnificação (curva de luz) como função do tempo em lentes pontuais. As curvas foram traçadas para 5 parâmetros de impacto diferentes (não mostrados). O circulo é o anel de Einstein e as setas indicam as trajetórias. Quanto menor o parâmetro de impacto, maior a magnificação. Note a simetria da curva em torno de t=0. (Adaptado de [57][57] B. Paczynski, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 34, 419 (1996).).
Figura 13
Curva de luz de um efeito de microlente planetária . As diferentes cores representam as contribuições de vários telescópios. O canto superior é um “zoom" da anomalia planetária, cujo melhor ajuste é indicado pela linha preta sólida. O planeta tem uma massa de (ver texto) e está a uma distância de 2,6 UA da estrela hospedeira (extraída de [55][55] J.P. Beaulieu, D.P. Bennett, P. Fouqué, A. Williams, M. Dominik, U.G. Jorgensen, D. Kubas, A. Cassan, C. Coutures, J. Greenhill, et al., Nature 439, 437 (2006).).
Figura 14
Imagens múltiplas, arcos gigantes e pequenos arcos. Todas as imagens são vistas no grande aglomerado Abell 2218, no redshift , um dos mais espetaculares sistemas de arcos variados (Crédito da imagem: Space Telescope Science Institute).
Figura 15
No caso dos exemplos (a) e (c) temos imagens distorcidas devido ao efeito de lente fraca, já no (b) temos a formação de múltiplas imagens devido ao efeito de lente forte.
Figura 16
Aglomerado de galáxias . Devido ao perfil ficou popularmente conhecido como aglomerado bala (bullet Cluster). O menor cluster à direita atravessa o maior à esquerda. Nessa imagem, dados de raios-X (parte avermelhada) e o mapeamento da massa obtido de lentes fracas (azul) são sobrepostos a imagem óptica do HST (detalhes no texto). Crédito: Raios-X: NASA/CXC/CfA/: Mapa de Lentes: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/; ótico: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona.
Figura 17
Supernovas em diferentes redshifts sofrendo o efeito de lente fraca ao longo do percurso. A primeira linha vertical separa a fase de expansão desacelerada (CDM) da fase acelerada (CDM). Já a segunda linha vertical indica o tempo presente. Note que a supernova mais distante foi imagiada quando o universo ainda estava na fase desacelerada.
Figura 18
Descoberta da supernova "Refsdal" no aglomerado de galáxias, MACS . A galáxia hospedeira tem redshift. Nos paineis vemos: (a) localização da quinta imagem detectada, observada pela primeira vez em dezembro de 2015, (b) primeiras quatro imagens, S1-S4, observadas quando a SN “Refsdal”, foi detectada em 2014 [77][77] P.I. Kelly, S.A. Rodney, T. Treu, R.J. Foley, G. Brammer, K.B. Schmidt, A. Zitrin, A. Sonnenfeld, L.G. Strolger, O. Graur et al., Science 347, 1123 (2015).. Disponível no artigo [78][78] T. Treu e R.S. Ellis, Contemp. Phys. 56, 17 (2015). (Crédito: NASA, ESA/Hubble).
Figura 19
Evolução da Tensão em . Pontos e região sombreada de verde foram obtidos com Cefeídas e Supernovas, enquanto os da região creme são determinados pelas medidas da RCF. O ponto em vermelho está relacionado a uma combinação de testes em redshifts intermediários (CTRI, Lima & Cunha 2014 [82][82] J.A.S Lima e J.V. Cunha, Astrophys. J. 781, 2 (2014).). A barra azul é uma medida com ondas gravitacionais (adaptado de Freedman [83][83] W.L. Freedman, Nat. Astron. 1, 0121 (2017).).
Figura 17
Supernovas em diferentes redshifts sofrendo o efeito de lente fraca ao longo do percurso. A primeira linha vertical separa a fase de expansão desacelerada (CDM) da fase acelerada (CDM). Já a segunda linha vertical indica o tempo presente. Note que a supernova mais distante foi imagiada quando o universo ainda estava na fase desacelerada.
Figura 18
Descoberta da supernova "Refsdal" no aglomerado de galáxias, MACS . A galáxia hospedeira tem redshift. Nos paineis vemos: (a) localização da quinta imagem detectada, observada pela primeira vez em dezembro de 2015, (b) primeiras quatro imagens, S1-S4, observadas quando a SN “Refsdal”, foi detectada em 2014 [77][77] P.I. Kelly, S.A. Rodney, T. Treu, R.J. Foley, G. Brammer, K.B. Schmidt, A. Zitrin, A. Sonnenfeld, L.G. Strolger, O. Graur et al., Science 347, 1123 (2015).. Disponível no artigo [78][78] T. Treu e R.S. Ellis, Contemp. Phys. 56, 17 (2015). (Crédito: NASA, ESA/Hubble).
Figura 19
Evolução da Tensão em . Pontos e região sombreada de verde foram obtidos com Cefeídas e Supernovas, enquanto os da região creme são determinados pelas medidas da RCF. O ponto em vermelho está relacionado a uma combinação de testes em redshifts intermediários (CTRI, Lima & Cunha 2014 [82][82] J.A.S Lima e J.V. Cunha, Astrophys. J. 781, 2 (2014).). A barra azul é uma medida com ondas gravitacionais (adaptado de Freedman [83][83] W.L. Freedman, Nat. Astron. 1, 0121 (2017).).
Figura 20
Fundadores da área de lentes gravitacionais (Idade Antiga e Moderna). O período entre 1938-1962, foi a idade média das lentes gravitacionais. Seu renascimento ocorreu nos anos 60-70 com os trabalhos teóricos de Refsdal e a descoberta do quasar duplo 0957 + 561 A & B (infelizmente, os autores não encontraram fotos de Carswell e Weymann). Tais resultados foram consolidados pelas diferentes aplicações da curva de luz de Paczinski, na sua mais criativa década.
