La Teoria della Relatività Generale spiega la gravità come il risultato della deformazione (o curvatura) della struttura dello spazio-tempo ad opera della massa-energia. Tale deformazione si traduce nel fenomeno del lensing gravitazionale: in uno spazio-tempo curvo, la luce si propaga su traiettorie curve, al contrario di quanto accade in uno spazio-tempo piatto o euclideo, venendo così deflessa.
Il lensing gravitazionale si manifesta con una serie di effetti osservabili nelle sorgenti da cui la luce e’ emessa:
- la distorsione della loro forma;
- la comparsa di immagini multiple;
- l’amplificazione o de-amplificazione del loro flusso luminoso;
- il ritardo con cui l’informazione luminosa si propaga.
L’intensità di questi effetti dipende da vari fattori. La deflessione subita dalla luce è tanto maggiore quanto più massiccia e compatta è la lente gravitazionale. Oggetti come le galassie e gli ammassi di galassie sono quindi lenti gravitazionali molto efficienti. Poiche’ la curvatura dello spazio-tempo è maggiore vicino al centro delle lenti, gli effetti più evidenti, come la comparsa di immagini multiple di una stessa sorgente (ad esempio di una galassia lontana) o la formazione di grandi archi gravitazionali (che sono immagini fortemente distorte delle sorgenti lontane), si osservano nei casi in cui vi e’ un forte allineamento tra osservatore, lente e sorgente, come mostrato della figura sulla destra. Effetti di questo tipo rientrano nella casistica del lensing forte. Al contrario, se l’allineamento non è buono, ossia se la luce passa a grandi distanze dal centro delle lenti, la deflessione è minore e le distorsioni delle immagini sono molto meno marcate. In questi casi, non si osservano immagini multiple e la forma delle sorgenti viene modificata in modo quasi impercettibile. Effetti di questo tipo sono detti di lensing debole.
Per molti aspetti, il lensing gravitazionale si può assimilare al fenomeno della rifrazione. In altri termini, potremmo paragonare le galassie, gli ammassi di galassie e qualsiasi altra struttura cosmica a delle lenti ottiche, che, posizionate di fronte all’osservatore, possono ingrandire o rimpicciolire una sorgente lontana. Il loro effetto dipende dalla distanza a cui si trova la lente rispetto a osservatore e sorgente: se essa è troppo vicina all’uno o all’altra, non produce effetti visibili. Quindi il lensing gravitazionale è sensibile alle distanze e conseguentemente alla geometria dell’universo, la quale a sua volta è determinata dal contenuto di materia ed energia dell’universo stesso.
Gruppo di ricerca
- Massimo Meneghetti
- Carlo Giocoli
- Eros Vanzella
- Mauro Sereno
- Stefano Ettori
- Francesco Calura
- Piero Rosati (UniFe, associato)
- Lauro Moscardini (UniBo, associato)
- Ben Metcalf (UniBo, associato)
Attività di ricerca all’Osservatorio
Il nostro gruppo è impegnato in una serie di progetti nei quali il lensing gravitazionale è utilizzato per:
- la misura di parametri cosmologici;
- lo studio della distribuzione spaziale della materia in galassie ed ammassi di galassie, al fine di comprendere la natura della materia oscura;
- lo studio di sorgenti lontane fortemente amplificate.
Progetti
- Euclid
- Zooming (PRIN MIUR 2018)
- CLASH and CLASH-VLT
- MUSE Deep Lens Field
Possibili tesi di Laurea
E’ possibile lavorare ad un progetto di tesi di Laurea Magistrale in Astrofisica e Cosmologia (Universita’ di Bologna) sotto la supervisione di membri del gruppo di ricerca. Alcuni dei progetti proposti sono descritti in questa pagina.