Simulación interactiva de lente gravitacional: arrastra un objeto masivo para curvar el espacio-tiempo y observar anillos de Einstein, imágenes múltiples y distorsiones en arco
La Teoría General de la Relatividad de Einstein predice que los objetos masivos curvan el espacio-tiempo a su alrededor. Cuando la luz de una fuente distante pasa cerca de un objeto masivo en primer plano (la lente), su trayectoria se curva por la curvatura del espacio-tiempo. El ángulo de desviación para un rayo de luz que pasa a un parámetro de impacto ξ de una masa puntual M es α = 4GM/(c²ξ), exactamente el doble de la predicción newtoniana — confirmado por la expedición de Eddington al eclipse solar de 1919. Esta desviación produce tres efectos observables clave: (1) Imágenes múltiples — la fuente puede aparecer en múltiples posiciones alrededor de la lente. (2) Magnificación — las imágenes se intensifican o atenúan por la concentración/dispersión de los rayos de luz. (3) Distorsión — las imágenes se estiran tangencialmente formando arcos. El radio de Einstein θ_E = √(4GM D_LS / (c² D_L D_S)) establece la escala angular del efecto de lente, donde D_L, D_S, D_LS son las distancias de diámetro angular a la lente, a la fuente y de la lente a la fuente.
Cuando la fuente, la lente y el observador están perfectamente alineados, la fuente aparece como un anillo completo — el anillo de Einstein — con un radio angular θ_E. Para una lente galáctica típica en z_L ~ 0,5 y fuente en z_S ~ 2, θ_E ~ 1 arcosegundo. Cuando la alineación es ligeramente imperfecta, el anillo se rompe en dos arcos en lados opuestos. Para una fuente cerca de una cáustica de pliegue, se pueden formar cuatro imágenes en un patrón de cruz — la Cruz de Einstein (Q2237+0305, descubierta en 1985). La configuración de imágenes depende de la posición de la fuente relativa a las cáusticas de la lente: dentro de la cáustica tangencial produce 4 imágenes (o un anillo), fuera produce 2 imágenes (o 1 si está lejos de la lente). La magnificación diverge en las cáusticas (matemáticamente infinita para una fuente puntual; en realidad, el tamaño finito de la fuente y la distribución de masa extendida la limitan).
Mapeo de materia oscura: la lente gravitacional curva la luz independientemente de si la lente es visible u oscura, lo que la convierte en la sonda más directa de la distribución de materia oscura. Los estudios de lente débil (DES, KiDS, Euclid) miden pequeñas distorsiones coherentes en millones de galaxias para mapear la estructura a gran escala. La lente fuerte por cúmulos de galaxias produce arcos dramáticos e imágenes múltiples, revelando los perfiles de masa de los cúmulos. Detección de exoplanetas: la microlente ocurre cuando una estrella en primer plano pasa frente a una estrella de fondo, magnificándola temporalmente. Si la estrella en primer plano tiene un planeta, la curva de luz muestra un pequeño bump adicional — más de 200 exoplanetas han sido descubiertos de esta manera. Cosmología: los retrasos temporales entre imágenes múltiples (por ejemplo, el proyecto H0LiCOW) miden la constante de Hubble H₀ de forma independiente. Evolución galáctica: la magnificación por lente actúa como un telescopio natural, permitiendo observaciones de galaxias que de otro modo serían demasiado tenues en el universo temprano (por ejemplo, JWST aprovechando lentes de cúmulos). Pruebas de gravedad: comparar la masa de lente con la masa de rayos X/dinámica prueba la Relatividad General a escalas galácticas.
El lienzo muestra una cuadrícula de fondo distante (que representa un plano fuente) distorsionada por la lente gravitacional en el centro. Arrastra la masa de lente amarilla para moverla y observa cómo la distorsión la sigue. Ajusta el control deslizante de Masa de la Lente para cambiar el radio de Einstein — una masa mayor produce una curvatura más fuerte y un anillo más grande. El control deslizante de Distancia de la Fuente ajusta la distancia del plano fuente, afectando el radio de Einstein (las fuentes más cercanas son menos lenteadas). Comienza con el preset de Alineación Perfecta: la lente se sitúa directamente sobre la fuente, produciendo un anillo de Einstein completo. Prueba Ligero Desplazamiento para ver el anillo romperse en dos arcos. Arco Gigante muestra una lente muy masiva con la fuente cerca de la cáustica. Cruz de Einstein demuestra la formación de cuatro imágenes. Activa Cuadrícula de Fondo para ver la deformación del plano fuente, Galaxia Fuente para mostrar una fuente circular distorsionándose en arcos, Rayos de Luz para trazar las trayectorias de fotones desde la fuente hasta el observador, y Anillo de Einstein para superponer el radio teórico del anillo.