Lentes Gravitacionais

João Luiz Kohl MoreiraObservatório Nacional - MCT

Simulação de lentes gravitacionais

Caminho da Luz na Física Clássica

A luz sempre caminha em linha reta!

Deflexão da Luz pelo Sol(Johann Soldner, 1804)

Deflexão da Luz pelo Sol(Johann Soldner, 1804)

Ole Rømer (1676)Atraso na ocultação de Io por

Júpiterc=2 AU/22 min

Eclipse Total do Sol

A. Einstein, em 1913, escreve para George Hale, diretor do Observatório do Monte Wilson (E.U.A.) e descreve a deflexão de Soldner prevendo um desvio de 0”.84.

Wambsganss 1998

Eclipse Total do Sol

A. Einstein, em 1913, escreve para George Hale, diretor do Observatório do Monte Wilson (E.U.A.) e descreve a deflexão de Soldner prevendo um desvio de 0”.84.

Wambsganss 1998

Expedição à Península da Criméia, Rússia (1914)

• 1a. Guerra Mundial (iniciou-se em Agosto, sendo que o eclipse foi em 21/08)

• Astrônomos foram capturados pelas tropas russas sob suspeita de espionagem

• Todos os instrumentos apreendidos

Soltos depois de um mês... após o eclipse!

Física Clássica

• Modernamente essa experiência não seria possível (Mfoton=0)

Teoria da Relatividade Geral (T.R.G.) 1915

• A Revolução de Einstein

Efeitos Imediatos dessa revolução

O Que Einstein mudou?

v=0 g

a=g

Um Novo Paradigma

• Campo passa a ser descrito como uma métrica

• Fim da “força” como conceito fundamental

Os movimentos passam a ser descritos como trajetórias geodésicas (“retas” no espaço-tempo curvo)

Caminho da Luz na T.R.G.

arco deparábol

a

g

T.R.G. (Einstein) 1915

Relativístico “Clássico”

Eclipse Total do Sol 1919

Royal Greenwich Observatory

Arthur Eddington

Sobral (BR) / Principe (AF)

Sobral (BR) / Principe (AF)

Mapa da época do eclipse

Ilha de Principe - 29/05/1919(Dir. Eddington)

• 29/05/1919: Amanheceu com chuvas, relâmpagos e trovoadas

• Tempo melhorou com o passar do tempo

Duas poses no final do eclipse através das nuvens

Sobral (Dir. Crommelin)Fonte: http://www.firstscience.com/site/articles/coles.asp

Consequências• O desvio da posição das estrelas

próximas ao sol tem sido observado em outros eclipses recentes

O Efeito da deflexão gravitacional da luz é um fato e hoje é uma das evidências experimentais da Teoria da Relatividade Geral

Imagens Múltiplas

Einstein, 1912(não publicado)

Renn, Sauer, & Stachel 1997

Orest Chwolson (1924). Possibilidade de imagens múltiplas.

Science (1936), 84,

2188

Science (1936), 84, 2188

“It is of little value, but it makes the poor guy happy.”

Anel de Einstein

Densidade média:

Há uma densidade mínima que satisfaz a geometria acima:

Lei dos senos:

Convenção:

Triângulo ODX:

Lei aprox. dos senos:

Duplicidade / Aumento

Do Cálculo Vetorial Diferencial:

Resultado de uma integraçao:

Propriedades

“Olhando”

Raio de Einstein em função da separação angular entre a fonte e o defletor.

Luminosidade resultante em função da separação angular entre a fonte e o defletor.

Por que, para Einstein, importância menor?

Sol:

Estrela: (Rigil Cen)

Galáxias e Aglomerados

In 1979, Walsh, Carswell, & Weymann (Nature, 279, 281): “Double Quasar”17mag 5”.7 Z=1.405

Abell 2218

Banco de Lentes Gravitacionais

• CASTLES Survey

http://cfa-www.harvard.edu/castles/

Lentes Óticas Equivalentes

http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/extragal/gravlens/bibdat/engl/DE/didac3.html

Micro Lentes

http://bulge.princeton.edu/~ogle/

Micro Lentes

http://bulge.princeton.edu/~ogle/

Micro Lentes

http://bulge.princeton.edu/~ogle/

Astro M[g] R[cm] πDens DOD[AU] ΘE[“]

Sol 2x1033 7x1010 4x1011 530 1.7

Terra 6x1027 6x108 1.5x1010 15000 0.0005

Júpiter 2x1030 7x109 4x1010 5300 0.017

Netuno 1x1029 2.4x109 1.7x1010 12500 0.0025

A que distância esses astros viram lentes?

Utilidade

• Consagração da T.R.G. de Einstein

• Determinação de massas do(s) defletor(es)

Instrumento de determinação e calibração da matéria escura

FIM