• Lenti gravitazionali. Galassie. Il termine lente gravitazionale indica un effetto, descrivibile nell'ambito della Relatività Generale, secondo cui i fotoni emessi da una sorgente luminosa, quando passano nelle vicinanze di un corpo celeste massivo, subiscono la sua attrazione gravitazionale. In prossimità del corpo, lo spazio-tempo si modifica incurvandosi. Questa perturbazione si traduce in un cambiamento del percorso della luce rispetto alla traiettoria originale; ciò dà origine alla formazione di immagini multiple della sorgente astronomica (vedi figure a lato). Corpi celesti massivi si comportano quindi come lenti gravitazionali.

  Quando la lente gravitazionale è costituita da una galassia o un ammasso di galassie, l'immagine della sorgente è rispettivamente formata da due o più oggetti "puntiformi" oppure da grandi archi luminosi (Fig. 3, 4). Dalla misura dell'angolo di curvatura della luce o del grado di distorsione dell'imagine, si può stimare la massa della lente (deflector). Nella maggior parte dei casi si è trovato che questa massa è molto maggiore di quella associata alla materia visibile.

   

  Fig. 3: Immagine sdoppiata per effetto di lente gravitazionale. La foto presa dal Telescopio Spaziale Hubble (HST 14164+5215) mostra, al centro, la galassia "lente" posta tra la terra e la sorgente. (Credits: Kavan Ratnatunga (Carnegie Mellon Univ.) and NASA)		Fig. 4: L'ammasso di galassie Abell 2218. Questo ammasso è così denso e compatto che la luce proveniente da oggetti molto lontani situati oltre l'ammasso lungo la direzione di osservazione viene amplificata e distorta sotto forma di archi luminosi. (Credits: NASA, Andrew Fruchter and the ERO Team [Sylvia Baggett (STScI), Richard Hook (ST-ECF), Zoltan Levay (STScI)] (STScI))

• Lenti gravitazionali. MACHO. Quando la lente è costituita da un corpo astronomico di massa inferiore a quella del sole (si parla di microlente e tali corpi celesti sono detti MACHO), come ad esempio un pianeta isolato, la separazione angolare delle immagini generate è troppo piccola per permettere di vedere lo sdoppiamento. Tuttavia se la sorgente è fissa e la lente è in movimento rispetto alla stella si osservano apparenti variazioni di luminosità nella luce emessa dalla stella sorgente: la luminositá è massima quando sorgente, lente e osservatore sono sulla stessa retta; la luminositá è minore (ed è quella vera) quando la lente si è spostata dalla posizione di allineamento. Misurando di quanto è stata amplificata la luce della sorgente, si è riusciti a "pesare" l'oggetto non visibile che genera la lente gravitazionale.

  Fig. 5: Rappresentazione pittorica di lente gravitazionale prodotta da un MACHO. Per vedere l'animazione clicca sulla figura. (Se non riesci a vedere l'animazione scarica Flash Player [qui]). (Credit: Davide Centomo, Dip. di Fisica Università di Bologna)

  In particolare sono state analizzate sistematicamente le variazioni luminose delle stelle nella Grande Nube di Magellano, una piccola galassia satellite della nostra Via Lattea. In alcuni casi sono state osservate delle variazioni luminose delle stelle, interpretate come dovute a lenti costituite da oggetti invisibili aventi masse come quelle di grandi pianeti, che muovendosi al bordo della nostra galassia intercettano la luce di alcune stelle. Sono stati individuati un certo numero di questi corpi, ma il loro numero e massa danno solo un piccolo contributo alla materia oscura.

Le lenti gravitazionali permettono di ottenere informazioni sulla presenza di materia non visibile localizzata in posti specifici, come grandi pianeti, buchi neri, galassie. Questa materia oscura dovrebbe essere dello stesso tipo di quella visibile (materia ordinaria, materia barionica).