Efecto de «lente gravitacional» permite ver la explosión de una estrella 3 veces

Una enorme cantidad de gravedad de un cúmulo de galaxias distantes hace que el espacio se curve tanto que la luz de ellas se dobla y emana en nuestro camino 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. Ellos predicen que una cuarta imagen de la misma explosión aparecerá en el cielo para 2037. El estudio, que se ha publicado recientemente en la revista Nature Astronomy , brinda una oportunidad única para explorar no solo 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 espacio mismo. La curvatura del espacio causada por objetos pesados no solo hace que los planetas giren alrededor de las estrellas, sino que también puede doblar 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 desviar la luz de las galaxias distantes detrás de ellas tanto que parecen estar en un lugar completamente diferente de lo que realmente están.

Pero eso no es todo: la luz puede tomar varios caminos alrededor de un cúmulo de galaxias, lo que nos permite tener suerte y hacer dos o más avistamientos de la misma galaxia en diferentes lugares del cielo utilizando un poderoso telescopio.

La gravedad del cúmulo de galaxias MACS J0138 curva tanto el espacio que la luz de una galaxia detrás de él se inclina hacia nosotros de varias maneras diferentes. A la izquierda hay 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, está la misma área en 2019, donde la supernova ahora se ha ido. Los astrónomos del Instituto Niels Bohr han calculado que reaparecerá en 2037. Crédito: S. Rodney (U. of S. Carolina), G. Brammer (Cosmic Dawn Center), J. DePasquale (STScI), P. Laursen (Cosmic Centro del amanecer))

Déjà-vu de supernova

Algunas rutas alrededor de un cúmulo de galaxias son más largas que otras y, por lo tanto, llevan más tiempo. Cuanto más lenta sea la ruta, más fuerte será la gravedad; otra asombrosa consecuencia más de la relatividad. Esto hace tambalear la cantidad de tiempo necesario para que la luz nos llegue y, por lo tanto, las diferentes imágenes que vemos.

Este maravilloso efecto ha permitido a un equipo de astrónomos en el Cosmic Dawn Center, un centro de investigación básica dirigido por el Instituto Niels Bohr en la Universidad de Copenhague y DTU Space en la Universidad Técnica de Dinamarca, junto con sus socios internacionales, para observar un solo galaxia en no menos de cuatro lugares diferentes en el cielo.

Las observaciones se realizaron utilizando el rango de longitud de onda infrarroja del Telescopio Espacial Hubble.

La luz de una galaxia con una estrella en explosión 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 aproximadamente 21 años luz más larga que la otra. Como tal, predicen que en 2037, deberíamos ser capaces de detectar la supernova una vez más. Crédito: Peter Laursen, Cosmic Dawn Center)

Al analizar los datos del Hubble, los investigadores observaron tres fuentes de luz brillante en una galaxia de fondo que eran evidentes en un conjunto anterior de observaciones de 2016, que desaparecieron cuando el Hubble volvió a visitar el área en 2019. Estas tres fuentes resultaron ser varias imágenes de una sola estrella cuya vida terminó en una colosal explosión conocida como supernova.

“Una sola estrella explotó hace 10 mil millones de años, mucho antes de que se formara nuestro propio sol. El destello de luz de esa explosión nos acaba de llegar ”, explica el profesor asociado Gabriel Brammer del Cosmic Dawn Center, quien dirigió el estudio con el profesor Steven Rodney de la Universidad de Carolina del Sur.

La supernova, apodada «SN-Requiem», se puede ver en tres de las cuatro «imágenes reflejadas» de la galaxia. Cada imagen presenta una vista 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 estas imágenes están distorsionadas por el espacio curvo, en realidad es posible calcular qué tan «retrasadas» están estas imágenes.

Esto ha permitido a los astrónomos hacer una predicción notable:

“La cuarta imagen de la galaxia tiene un retraso de aproximadamente 21 años, lo que debería permitirnos ver la explosión de la supernova una vez más, alrededor de 2037”, explica Gabriel Brammer.

Puede enseñarnos más sobre el universo.

Si volvemos a presenciar la explosión de SN-Requiem en 2037, no solo confirmará nuestra comprensión de la gravedad, sino que también ayudará a arrojar luz sobre otro acertijo cosmológico que ha surgido en los últimos años, a saber, la expansión de nuestro universo.

Sabemos que el universo se está expandiendo y que diferentes métodos nos permiten medir qué tan rápido. El problema es que los diversos métodos de medición no producen todos el mismo resultado, incluso cuando se tienen en cuenta las incertidumbres de medición. ¿Podrían nuestras técnicas de observación ser defectuosas o, lo que es más interesante, tendremos que revisar nuestra comprensión de la física y la cosmología fundamentales?

“Comprender la estructura del universo será una de las principales prioridades para los principales observatorios terrestres y las organizaciones espaciales internacionales durante la próxima década. Los estudios planeados 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 confiables de la expansión cósmica e incluso pueden ayudar a revelar las propiedades de la materia oscura y la energía oscura».

La materia oscura y la energía oscura son la materia misteriosa que se cree que constituye el 95% de nuestro universo, mientras que solo podemos ver el 5%. ¡Las perspectivas de las lentes gravitacionales son prometedoras!

Para obtener más información sobre esta investigación, lea Réquiem de supernova: repetición de la explosión masiva de una estrella en explosión que se espera que aparezca en 2037.

Referencia: «Una supernova con lente gravitacional con un retraso de tiempo observable de dos décadas» por Steven A. Rodney, Gabriel B. Brammer, Justin DR Pierel, Johan Richard, Sune Toft, Kyle F. O’Connor, Mohammad Akhshik y Katherine E. Whitaker, 13 de septiembre de 2021, Nature Astronomy .