Encuentran una cruz de Einstein formada por cuatro imágenes de una misma supernova de tipo Ia.
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Una imagen puede decir poca cosa o mucho si se sabe mirar, si se sabe lo que hay detrás. Una foto del cielo profundo en el que aparecen unas galaxias quizás le digan poco al lego en Astrofísica o mucho a otra persona.
Algunas de esas fotos revelan lo que se llama lentes gravitacionales, que son la viva manifestación de la Relatividad General.
Según esta teoría, una concentración de masa-energía es capaz de curvar el espacio que hay a su alrededor. La luz tiene que seguir ese espacio curvado, por lo que se puede medir el efecto. Esto se puede apreciar en cómo cambian las posiciones de las estrellas durante un eclipse de Sol, tal como en su día mostró Arthur Eddington.
El caso extremo de curvatura del espacio-tiempo se da alrededor de un agujero negro. Pero son tan relativamente pequeños y están tan lejos que no nos es posible ver el efecto que causan sobre la luz que les circunda, salvo quizás en los quasares. En películas como en “Interestelar” hay buenas animaciones sobre cómo es el efecto, tanto en agujeros negros como en agujeros de gusanos. En esta película hay una gran labor de asesoramiento científico y todo lo que aparece tiene su justificación teórica según la Física conocida, con mayor o menores dosis de especulación según el caso.
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Pero si no queremos recurrir al cine podemos conformarnos con lo que nos ofrece el telescopio espacial Hubble. Desde que se puso en órbita ha descubierto muchas lentes gravitacionales.
¿Qué es una lenta gravitacional? No es más que una alineación entre nosotros como observadores (en realidad el Hubble), una gran masa galáctica (un masivo cúmulo de galaxias) y una fuente de luz lejana detrás de todo ello (generalmente una galaxia).
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La luz de la galaxia lejana pasa cerca del cúmulo y es desviada por el espacio curvado que hay alrededor el cúmulo. Dependiendo de cómo de buena sea la alineación, la galaxia lejana se ve deformada de una u otra manera, generalmente con forma de arco. Si el cúmulo fuera una esfera perfecta y la imagen de la galaxia lejana un círculo entonces veríamos esa galaxia lejana como una circunferencia alrededor del cúmulo.
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A veces la galaxia lejana forma más de una imagen al pasar por la lente gravitatoria. Incluso puede formar cuatro imágenes en lo que se conoce como cruz de Einstein. El nombre procede de la típica formación de este tipo que se observó por primera vez en los quasares en 1979.
Sabemos que esas imágenes distorsionadas de alrededor de una lente gravitacional proceden de la misma galaxia lejana porque sus espectros son idénticos.
Pero una lente es una lente y puede amplificar una luz que sea muy débil. Estas lentes gravitatorias nos permiten echar un vistazo al borde del Universo y saber cómo eran las primeras galaxias que se formaron y que ya tienen una velocidad de recesión gigantesca debido a la expansión del Universo.
Una lente gravitatoria funciona como el mayor telescopio que podamos usar jamás, un telescopio de tamaño galáctico.
Quizás lo más fascinante es que este fenómeno nos permite medir la masa del cúmulo, una masa que se corresponderá tanto a la materia ordinaria que se ve, como a la materia oscura, esa misteriosa sustancia tan abundante en el Universo y de cuya naturaleza parece que cada vez sabemos menos.
La precisión en esta medida depende de lo bien que conozcamos la fuente de luz que hay detrás del cúmulo y de lo definida que sea su forma.
Imaginemos ahora que la fuente de luz lejana no es una galaxia, sino una supernova, que es un objeto puntual. Entonces el análisis de la lente gravitacional permitiría saber la cantidad y distribución de materia, incluyendo la materia oscura, que es la mayoría.
Esto es precisamente lo que se ha estado buscando durante años por la colaboración Grism Lens Amplified Survey from Space (GLASS) hasta que, por fin se ha encontrado, se trata del cúmulo MACS J1149.6+2223 (descubierto hace 10 años), situado a unos 5000 millones de años luz de distancia a nosotros y de una supernova de tipo Ia situada a 9300 millones de años luz. La supernova aparece 20 veces más brillante que si no hubiera fenómeno de lente gravitacional.
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Según Patrick Kelly (University of California, Berkeley) fue toda una sorpresa encontrarlo.
La supernova posiblemente se podría haber visto hace 20 años como un simple punto en el campo del cúmulo y volverá a verse así antes de cinco años. Cada imagen de la supernova recorre un camino diferente que tiene una longitud distinta, así que cada una de las imágenes tiene una aparición y desaparición en momentos distintos según nuestro punto de vista, que puede ser de días o semanas. Como ya sabemos todos, los fenómenos como las supernovas tienen una duración muy limitada en el tiempo por sí mismos. Han calculado que una quinta imagen aparecerá en la próxima década.
Es precisamente esta desaparición no sincronizada de estas imágenes de la misma supernova la que permitirá saber mucho más de la distribución de materia del cúmulo. Así que los científicos involucrados en este proyecto van a estar vigilando el fenómeno para cuando esto ocurra. Si lo consiguen podrán saber la distribución de materia oscura con una precisión sin precedentes.
Además, estas medidas pueden ayudar a saber mejor la expansión y geometría del Universo. Será de gran ayuda el saber que se trata de una supernova de tipo Ia, cuyo perfil de brillo es bien conocido.
Han apodado Refsdal a la supernova en honor al astrónomo noruego Sjur Refsdal, quien en 1964 propuso por primera vez el retraso en las imágenes de supernovas bajo lente gravitatoria como sistema para estudiar la expansión del Universo. Ha pasado medio siglo hasta que por fin se ha encontrado el fenómeno.
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Fuentes y referencias:
Artículo original [2]