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El telescopio espacial Hubble toma una nueva foto de la lente gravitacional 2M1310-1714.

Uno de los fenómenos más bonitos de la Astrofísica es el de la lente gravitatoria. Se han encontrado numerosos ejemplos en el Universo y en este mismo sitio web nos hemos hecho eco este fenómeno anteriormente.

Como todos ya sabemos, la Relatividad General concibe el espacio-tiempo como un ente elástico que se puede deformar. De este modo, la gravedad no sería más que la deformación del espacio-tiempo por la presencia de masa o energía. Así, los objetos sujetos al campo gravitatorio de un objeto masivo seguirían geodésicas en ese espacio-tiempo curvo, que serían las trayectorias locales más cortas en ese espacio-tiempo curvo. La luz también se vería afectada por el fenómeno y seguiría esas geodésicas. Esto es algo que se puede comprobar durante un eclipse de Sol, pues las posiciones aparentes de las estrellas cambian según el disco solar se sitúa en nuestra visual con las estrellas, tal y como en su día mostró Arthur Eddington.

Esto puede darse a escala cósmica cuando consideramos galaxias. Una galaxia, o cúmulo de galaxias, que esté en primer plano (aunque esté lejos de nosotros) puede actuar como una lente gravitatoria. Entonces deformará el espacio-tiempo que le rodea y, por lo tanto, desviará la luz de objetos que estén aún más lejos en el fondo. No todo objeto puede verse si está cerca del borde del universo observable, así que, generalmente, estos objetos del fondo corresponden quasars, que son los núcleos muy brillantes de galaxias primitivas y lejanas. Bajo nuestro punto de vista estos quasars se asemejan a estrellas puntuales, pero no lo son.

Dependiendo de la alineación entre la galaxia que esté en primer plano, el quasar lejano y nosotros, se pueden observar distintos efectos de lente gravitatoria. Si esta alineación es perfecta veremos el quasar como una circunferencia alrededor de la galaxia. Si se desvía de esta disposición perfecta se pueden apreciar arcos, pero también se puede ver el quasar varias veces formando lo que se llama una cruz de Einstein. Aquí se pueden ver algunos ejemplos.

Sabemos que esas imágenes distorsionadas que hay alrededor de una lente gravitacional proceden de la misma galaxia lejana porque sus espectros son idénticos, pero estos difieren de los de las galaxias del cúmulo que están en primer plano.

Las lentes gravitatorias nos dan la oportunidad de estudiar varios fenómenos, además de la propia Relatividad General. Entre otras cosas, la galaxia en primer plano actúa como un telescopio con un espejo de tamaño galáctico y puede amplificar el quasar o galaxia del fondo hasta hacerle visible y con más detalle, pues muchas veces este objeto no sería visible directamente.

Cuando tenemos una cruz de Einstein se da un fenómeno curioso. Cada una de esas imágenes del quasar ha seguido una geodésica distinta que puede tener distinta longitud. Como la velocidad de la luz en el vacío es constante, esto significa que la luz empleará un tiempo distinto en recorrer cada una de esas geodésicas. De este modo, cada imagen que vemos del quasar corresponderá a un momento distinto del pasado remoto de ese mismo quasar. Es decir, podemos observar directamente un trozo completo de la historia pasada del objeto.

Para evidenciar esto basta con que haya una variación del brillo de algún tipo, como es el caso de una explosión de supernova. Ya vimos en estas mismas páginas este fenómeno para el caso de la supernova Refsdal. También vimos cómo se puede calcular la edad de Universo estudiando estas lentes gravitatorias.

Otro aspecto que se puede estudiar es el caso de la constante de Hubble, que se puede calcular por este otro método independiente. Como sabemos, actualmente existe cierta polémica acerca de esta constante, pues su valor difiere levemente según el método empleado para su cálculo.

Para intentar calcular el valor de la constante de Hubble usando lente gravitatoria se necesita una lente gravitatoria que nos proyecte varias imágenes a distintos tiempos de un quasar lejano. Un caso que se viene observando desde hace unos años para calcular precisamente esto mismo es el caso de la lente gravitatoria 2M1310-1714.

2M1310-1714 está formada por dos galaxias cercanas entre sí (un pequeño cúmulo) que dejan pasar entre ellas la luz directa de un quasar, pero, a la vez, desvían la luz de ese mismo quasar hasta formar cuatro imágenes de él. En esta foto del Hubble se puede apreciar el debilísimo quasar central (un caso raro), las dos galaxias centrales y las cuatro imágenes del quasar generadas por el efecto de lente gravitatoria. En total hay siente «puntos».

En este caso, el quasar de fondo se encuentra a unos 10 mil millones de años luz de nosotros, mientras que las galaxias en primer plano que forman la lente están a unos 3 mil millones de años luz.

En el ESO observaron a diario esta lente en el pasado e hicieron una foto con una exposición de 5 minutos durante 8 meses al año en busca de variaciones de brillo del quasar. La esperanza era ver el mismo cambio en las imágenes del mismo objeto cuya luz han seguido las otras rutas. Observando la misma variación (pero retrasados en el tiempo) y midiendo este tiempo de retraso se puede inferir la constante del Hubble.

En el estudio también se ha visto implicado el telescopio espacial Hubble que puede tomar imágenes con mejor resolución.

El análisis de esta lente y de otras similares permitirá calcular la constante de Hubble con bastante precisión. Esto permitirá comprobar otros modelos cosmológicos y poner a prueba teorías de la gravedad que predicen la expansión del universo.

Hablamos de esto ahora porque la última fotografía de esta lente tomadas por el telescopio espacial Hubble se ha hecho pública recientemente.

El objeto fue fotografiado con un detalle espectacular por la Cámara de Campo Amplio 3 (WFC3) del Hubble, que se instaló en el Hubble en 2009 durante la Misión de Servicio 4 del Hubble. La WFC3 estaba destinada para funcionar hasta 2014, pero 12 años después de su instalación continúa proporcionando datos de alta calidad e imágenes fantásticas, como esta nueva que aparece en la cabecera.

Esta imagen no es una instantánea de una parte del Universo, sino que es una historia de la evolución cosmológica, vemos el centro de una galaxia en distintos pasados, galaxias que portaba miles de millones de estrellas que nacieron, brillaron y desaparecieron.

Pero además de toda esta belleza y fascinación, de toda esta sublime esencia de la Física y de lo que significa, esta imagen también nos puede hacer recapacitar sobre nuestro lugar en el Cosmos. Quizás, como dicen por ahí, lo que nos hace grandes es el hecho de que podamos ver lo pequeños que somos cuando nos comparamos con el propio Cosmos.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Fotos: NASA / ESA