La supernova, la lente, la aguja y el pajar

Hoy les hablaré de una supernova, pero primero, un inciso para charlar de lentes gravitatorias. Puede que algunos de ustedes eso de «lente gravitatoria» les suene a chino. Otros, sin embargo, ya sepan de que se trata. No obstante, explicaré este fenómeno muy brevemente para que lo comprendan: las ondas gravitatorias fueron predichas por Albert Einstein en 1912 y se producen cuando un objeto masivo (objeto lente) está situado entre el observador (nosotros) y una fuente de luz distante (objeto amplificado), de tal forma que la luz es desviada por el objeto lente, distorsionando así la imagen que percibimos del objeto.

Pero es más, la alineación de nuestra posición con el objeto lente y el objeto amplificado es total. Así que, si no fuera por la distorsion que provocan las lentes gravitatorias seríamos incapaces de observar la luz del objeto más distante. Las siguientes figuras les aclarará un poco más esto de las lentes gravitatorias:

Esquema que muestra cómo la luz de la galaxia fuente se ve distorsionada por la galaxia lente || Fuente: estartres.net.

Los arcos que forman el contorno de la «cara» y la «boca» de esta particular figura están formados por un objeto situado tras las dos brillantes galaxias llamadas SDSSCGB 8.842,3 y SDSSCGB 8.842,4. Esos arcos son el producto de la lente gravitatoria || Créditos: NASA/ESA (Imagen original).

Una lente para ver a iPTF16geu

Ahora que ya comprenden lo que es una lente gravitatoria y los efectos que produce, vamos con la supernova. Aquí se la presento: se llama iPTF16geu, es de tipo Ia y fue descubierta en el Observatorio Palomar (Estados Unidos). La luz de esta supernova ha tardado la friolera de 4.300 millones de años en llegar a la Tierra. Es decir, cuando nuestro planeta era un mundo recién formado, estalló esa supernova y ahora nos llega su luz.

La particularidad de esta supernova es que fue desviada y ampliada por el efecto de una lente gravitatoria provocada por la galaxia SDSS J210415.89-062024.7, dividiéndose en cuatro imágenes separadas. Estas cuatro imágenes se encuentran en un círculo de unos 3.000 años luz alrededor de la galaxia que hace de lente. Se trata por tanto de una de las lentes gravitatorias extragalácticas más pequeñas descubiertas hasta el momento. En cierto modo nos recuerda a la Refsdal detectada en 2015 (Kelly, 2016; Treu, 2016).

Fondo: imagen de gran campo tomada desde el observatorio de Palomar. Izquierda: observaciones realizadas con el Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Centro: imagen del telescopio espacial Hubble (NASA/ESA), que ya muestra la galaxia lente. Derecha: el Hubble nos muestra las cuatro imágenes amplificadas de la explosión de la supernova || Créditos: ESA/Hubble, NASA, Sloan Digital Sky Survey, Palomar Observatory/California Institute of Technology (ampliar imagen).

La importancia de la supernova tipo Ia

Las supernovas de tipo Ia tienen la particularidad de que su brillo intrínseco siempre es el mismo, por lo que al medir lo brillante que aparecen, los astrónomos pueden determinar lo alejadas que están. A este tipo de objetos o eventos que tienen un brillo muy determinado se les conoce como candelas estándar. Es por esto que han sido usadas para medir distancias en el Universo. Y como consecuencia de ello, también se utilizaron para descubrir su expansión acelerada, infiriendo como consecuencia la existencia de energía oscura.

Ahora bien, la supernova iPTF16geu permite a los científicos explorar un nuevo territorio: probar las teorías de la deformación del espacio-tiempo en unas escalas extragalácticas más pequeñas que nunca. «La resolución, por primera vez, de imágenes múltiples de una supernova candela estándar a través de lentes es un gran avance. Podemos medir la fuerza gravitatoria sobre la luz con más precisión que nunca y averiguar las escalas físicas que han estado fuera de nuestro alcance hasta ahora», afirma Ariel Goobar, profesor de la Universidad de Estocolmo y autor principal del artículo que expone la investigación (Goobar, 2017).

Además, el equipo realizó observaciones de seguimiento de la supernova en menos de dos meses tras su descubrimiento. Esto provocó que algunos de los principales telescopios del mundo como Hubble o el VLT (Very Large Telescope) apuntaran a esa zona del cielo. Con los datos recogidos el equipo calculó que la lente aumentaba en un factor de 52x, siendo la primera vez que se hace esta medición sin ningún supuesto previo sobre la forma de la lente o de parámetros cosmológicos.

El tiempo de la luz

Ahora, el equipo está midiendo algo que me llama poderosamente la atención. Quieren precisar cuánto tiempo tarda en llegar la luz desde cada una de las cuatro imágenes de la supernova. De esta forma, las diferencias en los tiempos de llegada se podrán utilizar para calcular la constante de Hubble, aquélla que muestra la tasa de expansión del Universo, y lo harán con una alta precisión. Y esto es interesante a la hora de aplicar dicha constante tanto para el universo local como para el universo temprano, tal y como les conté en el blog hace unos meses (Rusu, 2016).

La supernova observada con la óptica adaptativa del observatorio W.M. Keck en Mauna Kea || Créditos: ESA/Hubble, W. M. Keck Observatory (imagen original).

Las supernovas de lente gravitatoria son importantes para la cosmología, aunque son extremadamente difíciles de encontrar. No sólo su descubrimiento depende de una alineación muy particular y precisa de objetos, sino que son visibles únicamente durante un corto espacio de tiempo. «El descubrimiento de iPTF16geu es realmente como encontrar una extraña aguja en un pajar. Nos revela un poco más sobre el Universo, pero sobre todo desencadena una gran cantidad de nuevas preguntas», comenta Rahman Amanullah, investigador de la Universidad de Estocolmo y coautor del artículo.

Con todo esto, al estudiar este tipo de supernovas con lente gravitatoria, nos ayudará a dar forma a nuestra comprensión de cómo de rápido se expande el Universo. Porque recuerden, el universo se expande, y además aceleradamente. Esto lo sabemos. Pero… ¿con qué aceleración? Es lo que tratan de medir los cosmólogos. Y con este tipo de eventos, les será más fácil llegar a un resultado.

Referencias

– Goovar, A. et al (2017). «iPTF16geu: A multiply-imaged gravitationally lensed Type Ia supernova». Science, arXiv: 1611.00014v1 (Ver).
– Kelly, P.L. et al (2016). «Déjà vu all Over Again: The reappearance of Supernova Refsdal». The Astrophysical Journal Letters, vol. 819, num. 1. DOI: 10.3847/2041-8205/819/1/L8 (Ver).
– Rusu, C.E. et al (2016). «H0LiCOW III. Quantifying the effect of mass along the line of sight to the gravitational lens HE 0435−1223 through weighted galaxy counts». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 467 (4): 4220-4242. DOI: 10.1093/mnras/stx285 (Ver).
– Treu, T. et al (2016). «Refsdal Meets Popper: Comparing Predictions of the Re-Appeareance of the Multiply Imaged Supernova behind MACSJ1149.5+2223». The Astrophysical Journal, vol. 817, num. 1. DOI: 10.3847/0004-637X/817/1/60. (Ver).
– Hubble observes first multiple images of explosive distance indicator (Ver).