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Una explosión estelar muy lejana ha sido detectada al otro lado de una lente gravitacional. Esto ayudará a medir la tasa de expansión del Universo.

Este jueves 20 de abril (2017), un equipo internacional de científicos ha presentado en Science una importante observación de una supernova de tipo Ia. Por primera vez, han detectado una de ellas amplificada por el efecto de lente gravitacional. Este fenómeno fue predicho por Einstein y se produce cuando un objeto muy masivo, como una galaxia o un agujero negro, deforma el espacio-tiempo a su alrededor. Al igual que ocurre cuando se mueve una lupa sobre las líneas de un mapa, las lentes gravitacionales amplifican lo que hay detrás y además cambian la posición aparente del fondo. En este caso, una galaxia situada a 2.000 años luz de distancia y ubicada delante de la supernova ha sido la responsable de que este objeto tuviera un tamaño en el cielo 52 veces superior.

En concreto, los astrónomos han captado la supernova «iPTF16geu», un objeto muy distante situado a 4.000 millones de años luz de la Tierra. Gracias al trabajo combinado del telescopio espacial Hubble y de varios observatorios terrestres, el telescopio Keck de Manuakea (Hawai, EE.UU) y el «Very Large Telescope» del Observatorio Europeo Austral en Chile, los astrónomos han tomado cuatro imágenes distintas y muy amplificadas de este objeto. Esto les permitirá hacer nuevas medidas directas de la tasa de expansión del Universo, lo que resulta extremadamente importante, y analizar el fenómeno de las lentes gravitacionales con mayor exactitud.

«Resolver, por primera vez, múltiples imágenes de una de estas supernovas fuertemente amplificada es un gran avance», ha dicho en un comunicado Ariel Goobar, primer autor del estudio e investigador en la Universidad de Estocolmo (Suecia). «Podemos medir el poder de la luz para desviar la gravedad con más precisión que nunca antes, y llegar a escalas físicas que parecían fuera del alcance hasta hoy».

La gravedad de una galaxia ha actuado como lente. Por eso la supernova parece estar en cuatro lugares distintos. Crédito: Joel Johansson

La imagen obtenida puede resultar algo desconcertante. La supernova «iPTF16geu» aparece en cuatro posiciones distintas del cielo. Si ocurre esto, es porque en el camino de la luz que procede de la supernova hay una fuente de gravedad muy importante que desvía la luz: en concreto, una galaxia. Las cuatro posiciones aparentes de la supernova forman un amplio círculo de cerca de 3.000 años luz de radio. Sin embargo, a pesar de estas increíbles dimensiones, esta resulta ser la menor lente gravitacional descubierta hasta el momento.

Las cuatro posiciones varían porque la luz de la supernova tiene distintos tiempos de viaje. Los astrónomos han estimado que las diferencias de tiempo de los rayos de luz no son superiores a las 35 horas, lo que no es mucho teniendo en cuenta que el camino total de la luz ronda los miles de millones de años. En todo caso, estas sutiles diferencias serán útiles para calcular el valor de la constante de Hubble, la tasa de expansión del Universo, con gran precisión. Esto es muy interesante, porque recientemente se descubrió que el valor de esta constante difiere cuando se compara el Universo local, el más cercano, y el Universo temprano, más lejano.

La importancia de las supernovas tipo Ia

Las supernovas de tipo Ia tienen siempre el mismo brillo intrínseco, lo que quiere decir que la luz que generan es siempre igual de intensa. Pero en función de la distancia a la que se encuentran, en el cielo resultan más o menos brillantes. Por esto, una forma de calcular distancias en el Universo es comparar este brillo intrínseco de las supernovas de tipo Ia con el brillo aparente que tienen.

Imágenes de la supernova, vista tras la «galaxia lente». Crédito: Joel Johansson

De hecho, estas supernovas se han usado durante décadas para medir las distancias en el Universo, junto a otros objetos. También han sido útiles para medir expansión acelerada del cosmos y por ello hacer nuevas averiguaciones sobre la energía oscura, que rige esta aceleración.

Esta investigación presentada en Science es importante por otro motivo. Los investigadores han hecho importantes averiguaciones que en teoría les permitirán rastrear mejor este tipo de supernovas amplificadas, para hacer más medidas cosmológicas.

«Es extremadamente difícil detectar una supernova amplificada por una lente gravitacional, y más si es del tipo Ia. Estadísticamente, sospechamos que podría haber una de estas por cada 50.000 supernovas que identificamos», ha explicado Peter Nugent, astrofísico del Laboratorio Nacional de Berkeley. «Pero desde el descubrimiento de «iPTF16geu», ahora tenemos algunas ideas sobre como mejorar nuestro método para identificar estos eventos».

Robots para rastrear el cielo

La supernova «iPTF16geu» fue inicialmente detectada por un sondeo automatizado del «intermediate Palomar Transient Factory», en California (EE.UU.) y por el Observatorio Palomar (también en Estados Unidos), en septiembre de 2016. Rápidamente, varios telescopios de todo el mundo apuntaron hacia la supernova para obtener más información.

Tiempo después, científicos del Laboratorio Nacional de Berkeley (Estados Unidos) publicaron un método para identificar supernovas de tipo Ia amplificadas por lentes gravitacionales, y ya en abril de este año investigadores de la Universidad de Estocolmo han publicado en Science los resultados de las últimas observaciones.

«En esta ocasión tuvimos mucha suerte, porque podemos ver pequeñas estructuras dentro de las galaxias, pero no sabremos cuánta suerte hemos tenido hasta que no descubramos más de estos eventos y confirmemos que lo que hemos visto no es una anomalía», ha explicado Goobar. La caza de supernovas continúa en marcha.

Los hallazgos han sido publicados en la revista Science.