¿Qué tal cuatro supernovas por el precio de una? Usando el telescopio espacial Hubble, el Dr. Patrick Kelly de la Universidad de California-Berkeley junto con los equipos GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) y Hubble Frontier Fields,descubierto una supernova remota con lentes en cuatro copias de sí misma por la poderosa gravedad de un grupo de galaxias en primer plano. Apodado SN Refsdal, el objeto fue descubierto en el rico cúmulo de galaxiasMACS J1149.6 + 2223 cinco mil millones de años luz de la Tierra en la constelación de Leo. Es la primera supernova de múltiples lentes descubierta y uno de los espejismos más exóticos de la naturaleza.
La lente gravitacional surgió de Einstein Teoría de la relatividaden el que predijo que los objetos masivos se doblarían y deformarían la tela de tiempo espacial. Cuanto más masivo es el objeto, más severa es la flexión. Podemos imaginar esto imaginando a un niño parado en un trampolín, su peso presionando un hoyuelo en la tela. Reemplace al niño con un adulto de 200 libras y la superficie del trampolín se hunde aún más.
Del mismo modo, el sol masivo crea un hoyuelo profundo pero invisible en la estructura del espacio-tiempo. Los planetas sienten esta "curvatura del espacio" y literalmente ruedan hacia el Sol. Solo su movimiento lateral o su momento angular les impide caer directamente al infierno solar.
El espacio curvo creado por objetos masivos también dobla los rayos de luz. Einstein predijo que la luz de una estrella que pasa cerca del Sol u otro objeto masivo seguiría este paisaje espacial curvo invisible y sería desviada de un camino recto. En efecto, el objeto actúa como una lente, doblando y reenfocando la luz de la fuente distante en una imagen más brillante o en imágenes múltiples y distorsionadas. También conocido como la desviación de la luz de las estrellas, hoy en día lo llamamos lentes gravitacionales.
Simulación de espacio-tiempo distorsionado alrededor de un cúmulo de galaxias masivo a lo largo del tiempo
Resulta que hay muchas de estas lentes gravitacionales en forma de cúmulos masivos de galaxias. Contienen materia regular, así como grandes cantidades de la materia oscura aún misteriosa que constituye el 96% de las cosas materiales en el universo. Los ricos cúmulos de galaxias actúan como telescopios: su enorme masa y su poderosa gravedad aumentan e intensifican la luz de las galaxias miles de millones de años luz más allá, haciendo visible lo que de otro modo nunca se vería.
Volvamos a SN Refsdal, llamado así por Sjur Refsdal, un astrofísico noruego que trabajó temprano en el campo de la lente gravitacional. Una galaxia elíptica masiva en el cúmulo MACS J1149 "lentes" de la supernova distante de 9.400 millones de años luz y su galaxia espiral anfitriona de la oscuridad del fondo al centro de atención. La poderosa gravedad de la elíptica ha hecho un buen trabajo distorsionando el espacio-tiempo para que la supernova esté a la vista también distorsiona la forma de la galaxia anfitriona y divide la supernova en cuatro imágenes separadas, igualmente brillantes. Para crear una simetría tan ordenada, SN Refsdal debe alinearse con precisión detrás del centro de la galaxia.
El escenario aquí tiene un parecido sorprendente con Cruz de Einstein, un cuásar con lente gravitacional, donde la luz de un cuásar remoto se ha dividido en cuatro imágenes dispuestas sobre la galaxia de lentes en primer plano. Las imágenes del cuásar parpadean o cambian de brillo con el tiempo a medida que avanzan. microlente por el paso de estrellas individuales dentro de la galaxia. Cada estrella actúa como una lente más pequeña dentro de la lente principal.
Las imágenes detalladas en color tomadas por los grupos GLASS y Hubble Frontier Fields muestran que la galaxia anfitriona de la supernova también tiene múltiples imágenes por la gravedad del cúmulo de galaxias. De acuerdo a sus papel reciente, Kelly y su equipo todavía están trabajando para obtener espectros de la supernova para determinar si fue el resultado de la quema incontrolada y la explosión de una estrella enana blanca (Tipo Ia) o el colapso cataclísmico y el rebote de una estrella supergigante que se quedó sin combustible (Tipo II)
El tiempo que tarda la luz en viajar a la Tierra desde cada una de las imágenes con lentes es diferente porque cada una sigue un camino ligeramente diferente alrededor del centro de la galaxia con lentes. Algunos caminos son más cortos, otros más largos. Al cronometrar el variaciones de brillo Entre las imágenes individuales, el equipo espera proporcionar restricciones no solo en la distribución de la materia brillante versus la materia oscura en la galaxia de lentes y en el cúmulo, sino que utilizará esa información para determinar la tasa de expansión del universo.
¡Puedes exprimir mucho de un espejismo cósmico!
