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| La gravedad del cúmulo de galaxias MACS J0138 curva tanto el espacio que la luz de una galaxia que está detrás de él se curva hacia nosotros de varias maneras diferentes. A la izquierda, una imagen del cúmulo de 2016 en la que la luz de la misma estrella en explosión -una supernova- se ve en tres lugares del cielo nocturno. A la derecha, la misma zona en 2019, donde la supernova ya no está. Los astrónomos del Instituto Niels Bohr han calculado que reaparecerá en 2037. Crédito: S. Rodney (U. de S. Carolina), G. Brammer (Cosmic Dawn Center), J. DePasquale (STScI), P. Laursen (Cosmic Dawn Center) |
Una enorme cantidad de gravedad procedente de un cúmulo de galaxias lejanas hace que el espacio se curve tanto que la luz procedente de ellas se desvía y emana hacia nosotros desde numerosas direcciones. Este efecto de "lente gravitacional" ha permitido a los astrónomos de la Universidad de Copenhague observar la misma estrella en explosión en tres lugares diferentes del cielo.
Predicen que una cuarta imagen de la misma explosión aparecerá en el cielo en 2037. El estudio, que acaba de publicarse en la revista Nature Astronomy, ofrece una oportunidad única para explorar no sólo la supernova en sí, sino la expansión de nuestro universo.
Uno de los aspectos más fascinantes de la famosa teoría de la relatividad de Einstein es que la gravedad ya no se describe como una fuerza, sino como una "curvatura" del propio espacio. La curvatura del espacio causada por objetos pesados no sólo hace que los planetas giren alrededor de las estrellas, sino que también puede curvar la órbita de los rayos de luz.
Las estructuras más pesadas del universo -los cúmulos de galaxias formados por cientos o miles de galaxias- pueden curvar tanto la luz de las galaxias lejanas que se encuentran detrás de ellas que parecen estar en un lugar completamente distinto al que realmente están.
Pero eso no es todo: la luz puede tomar varios caminos alrededor de un cúmulo de galaxias, lo que hace posible que tengamos suerte y hagamos dos o más avistamientos de la misma galaxia en diferentes lugares del cielo utilizando un potente telescopio.
El déjà-vu de las supernovas
Algunas rutas alrededor de un cúmulo de galaxias son más largas que otras y, por tanto, requieren más tiempo. Cuanto más lenta es la ruta, más fuerte es la gravedad; otra sorprendente consecuencia de la relatividad. Esto hace que el tiempo que necesita la luz para llegar hasta nosotros se vea de forma diferente, y por tanto las imágenes que vemos.
Este maravilloso efecto ha permitido a un equipo de astrónomos del Cosmic Dawn Center -un centro de investigación básica dirigido por el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y el DTU Space de la Universidad Técnica de Dinamarca-, junto con sus socios internacionales, observar una única galaxia en nada menos que cuatro lugares diferentes del cielo.
Las observaciones se realizaron utilizando el rango de longitudes de onda infrarrojas del telescopio espacial Hubble.
Al analizar los datos del Hubble, los investigadores observaron tres fuentes de luz brillantes en una galaxia de fondo que eran evidentes en un conjunto anterior de observaciones de 2016, que desaparecieron cuando el Hubble volvió a visitar la zona en 2019. Estas tres fuentes resultaron ser varias imágenes de una sola estrella cuya vida terminó en una colosal explosión conocida como supernova.
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| La luz de una galaxia con una estrella que explota toma diferentes caminos alrededor de un cúmulo de galaxias intermedio antes de llegar a nosotros. Los astrónomos del Cosmic Dawn Center, entre otros, han calculado que una ruta es unos 21 años luz más larga que la otra. Por ello, predicen que en 2037 deberíamos ser capaces de divisar la supernova de nuevo. Crédito: Peter Laursen, Cosmic Dawn Center). |
"Una sola estrella explotó hace 10.000 millones de años, mucho antes de que se formara nuestro propio sol. El destello de luz de esa explosión acaba de llegar hasta nosotros", explica el profesor asociado Gabriel Brammer, del Cosmic Dawn Center, que dirigió el estudio con el profesor Steven Rodney, de la Universidad de Carolina del Sur.
La supernova, apodada "SN-Requiem", puede verse en tres de las cuatro "imágenes en espejo" de la galaxia. Cada imagen presenta una visión diferente del desarrollo de la supernova explosiva. En las dos últimas imágenes, aún no ha explotado. Pero, al examinar cómo se distribuyen las galaxias dentro del cúmulo de galaxias y cómo se distorsionan estas imágenes por la curvatura del espacio, es posible calcular el "retraso" de estas imágenes.
Esto ha permitido a los astrónomos hacer una notable predicción:
"La cuarta imagen de la galaxia tiene un retraso de unos 21 años, lo que debería permitirnos ver la explosión de la supernova una vez más, en algún momento de 2037", explica Gabriel Brammer.
Puede enseñarnos más sobre el universo
Si llegamos a presenciar de nuevo la explosión de SN-Requiem en 2037, no sólo confirmará nuestra comprensión de la gravedad, sino que también ayudará a arrojar luz sobre otro enigma cosmológico que ha surgido en los últimos años, a saber, la expansión de nuestro universo.
Sabemos que el universo se expande, y que diferentes métodos nos permiten medir a qué velocidad. El problema es que los distintos métodos de medición no producen todos el mismo resultado, incluso cuando se tienen en cuenta las incertidumbres de las mediciones. ¿Podrían nuestras técnicas de observación ser defectuosas o, lo que es más interesante, tendríamos que revisar nuestra comprensión de la física y la cosmología fundamentales?
"Comprender la estructura del universo va a ser una prioridad absoluta para los principales observatorios terrestres y las organizaciones espaciales internacionales durante la próxima década. Los estudios previstos para el futuro cubrirán gran parte del cielo y se espera que revelen docenas o incluso cientos de lentes gravitacionales raras con supernovas como SN Requiem", explica Brammer:
"Las mediciones precisas de los retrasos de tales fuentes proporcionan determinaciones únicas y fiables de la expansión cósmica y pueden incluso ayudar a revelar las propiedades de la materia y la energía oscuras".
La materia oscura y la energía oscura son la misteriosa materia que se cree que constituye el 95% de nuestro universo, mientras que nosotros sólo podemos ver el 5%. Las perspectivas de las lentes gravitacionales son prometedoras.
Fuentes, créditos y referencias:
Rodney, S.A. et al. A gravitationally lensed supernova with an observable two-decade time delay. Nat Astron (2021). doi.org/10.1038/s41550-021-01450-9