UNA delle principali conferme delle previsioni della teoria della relatività generale di Einstein è la deflessione dei raggi luminosi da parte di un intenso campo gravitazionale. Se un raggio di luce proveniente da una stella lontana transita vicino al Sole, viene deviato dalla sua traiettoria rettilinea per effetto della curvatura dello spazio-tempo presente nei pressi della nostra stella. Quindi, per un osservatore sulla Terra, la stella lontana sembrerà localizzata in una posizione differente da quella reale, che invece può essere determinata in un periodo diverso dell’anno, ossia quando il Sole non si trova più sulla linea d’osservazione Terra-stella e il suo campo gravitazionale non è più in grado di deflettere i raggi. Nel 1936 Einstein pubblicò un articolo dove descrisse la possibilità che si potesse verificare una sorta di illusione ottica mediante una «lente gravitazionale». In sostanza, l’intenso campo gravitazionale di una galassia è in grado di costituire un’immensa lente cosmica che deforma e ingrandisce le immagini provenienti da corpi luminosi lontani. Tuttavia, concluse che l’effetto era talmente piccolo che non poteva essere osservato con gli strumenti dell’epoca. Attualmente, invece, gli astronomi hanno a disposizione mezzi come il telescopio spaziale Hubble che sono in grado di visualizzare queste «illusioni ottiche». Di recente sono stati scoperti otto effetti di lente gravitazionale, che vanno sotto il nome di «Anelli di Einstein» per la loro particolare forma geometrica. In precedenza se ne conoscevano solo tre nella luce visibile. Per capire come si possa formare un «Anello» si può esemplificare lo spazio-tempo in due dimensioni, come il tappeto di un biliardo che, invece di essere rigido, è costituito da materiale deformabile. Poniamo al centro una palla da biliardo che rappresenta la galassia-lente. Per effetto della sua massa, la palla incurva il tappeto e, se proviamo a lanciare altre palle nei pressi della «curvatura», notiamo che la loro traiettoria viene deviata da quella rettilinea in un modo più o meno intenso, che dipende da quanto vicina alla galassia-lente transita la palla lanciata.
Supponiamo ora di posizionare un’altra palla su un bordo del biliardo: questa rappresenta la stella lontana che vogliamo osservare dalla Terra attraverso la galassia-lente. Ci posizioniamo quindi dal lato opposto del biliardo in modo tale che i nostri occhi, la lente gravitazionale e la stella lontana siano allineati. In questo modo, se non fosse valida la teoria della relatività generale, non potremmo vedere la stella lontana, poiché risulterebbe «coperta» dalla galassia-lente. Invece, grazie alle previsioni di Einstein, se rappresentiamo i raggi luminosi che partono dalla stella lontana come sferette che percorrono il tappeto, vediamo un fenomeno caratteristico: quelle che transitano più lontano dalla galassia-lente non vengono quasi deviate dal loro percorso rettilineo; viceversa, quelle che passano più vicino sono deviate in modo netto e alcune di esse subiscono una deflessione tale che permette loro di raggiungere i nostri occhi. Quindi, il raggio che passa a una determinata distanza minima (raggio di Einstein) dalla galassia-lente viene deflesso in modo tale da essere visibile sulla Terra. Questo raggio costituisce un singolo punto luminoso: se ripetiamo il ragionamento, considerando nelle tre dimensioni tutti i raggi provenienti dalla stella lontana che transitano a una distanza dalla galassia-lente pari al raggio di Einstein, concludiamo che essi descrivono una corona circolare luminosa, l’«Anello di Einstein», appunto, che circonda la galassia-lente. La zona scura che separa l’«Anello» dalla zona luminosa centrale è dovuta al fatto che l’insieme dei raggi provenienti dalla stella, che passano troppo vicino alla galassia, vengono deflessi eccessivamente e non possono raggiungere i nostri occhi.
Gli «Anelli» finora conosciuti sono in numero così esiguo poiché la configurazione geometrica in cui la stella, la lente gravitazionale e la Terra sono allineate si verifica raramente. Più comunemente si trovano situazioni intermedie.
Claudio Sartori
da http://www.lastampa.it/_settimanali/tst/estrattore/tutto_scienze/art4.asp