Supernova cosmológica en Cruz de Einstein

Ya ha vuelto a ocurrir. Mientras dormía plácidamente en Sydney, Europa y poco después América entran en plena actividad. Se multiplican los correos electrónicos, los twits, las noticias... y las notas de prensa. De la que hablo ahora me enteré, vía Twitter, cuando aún no me había ni metido en la ducha para iniciar el ritual matutino, por mi colega Brad Tucker (ANU y Universidad de Berkeley, EE.UU.), a quien en estos mismos momentos entrevistan en una emisora de radio nacional australiana.
Hoy se ha publicado una nota de prensa del Telescopio Espacial Hubble (HST) (y varias más publicadas por otras instituciones, como Keck Observatory, Hawaii, EE.UU., dado que mañana, 6 de marzo, se publicará el artículo científico en la prestigiosa revista Science) detallando el curioso descubrimiento de una supernova lejana a través de cuatro imágenes distorsionadas por la enorme gravedad de una gigantesca galaxia elíptica que se encuentra más cerca. Dicho de otro modo: ¡están viendo a la supernova explotar 4 veces! La gigantesca galaxia elíptica y el cúmulo de galaxias que la alberga, MACS J1149.6+2223, a 5000 millones de años luz, están haciendo de lente gravitatoria de objetos que están mucho más lejos, en este caso, de una galaxia espiral a 9300 millones de años luz, donde explotó una supernova cuya luz llega a la Tierra ahora. Además, lo curioso es que el patrón que se observa es el de una cruz, lo que se conoce como una Cruz de Einstein.

La intensa fuerza de gravedad del cúmulo de galaxias MACS J1149.6+2223, a unos 5000 millones años luz de distancia, está produciendo una imagen múltiple (4 copias de un objeto puntual en amarillo) de una supernova mucho más lejana, a 9300 millones de años luz de distancia. Tanto la galaxia elíptica masiva central como el cúmulo que la alberga están actuando como una gigantesca lente gravitatoria. Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble muestra el cúmulo y las cuatro imágenes de la supernova, que los astrofísicos han bautizado como "Refsdal". Las cuatro imágenes de la misma supernova se observan siguiendo un patrón que se conoce como Cruz de Einstein. Los arcos azulados distorsionados por la lente gravitatoria son los brazos espirales de la galaxia huésped de la supernova. Aunque las cuatro imágenes de la supernova se encontraron el 11 de noviembre de 2014, esta imagen combina observaciones de 3 meses obtenidas con las cámaras ACS y WFC3 a bordo del HST. Las luz de la supernova se ha ampliado unas 20 veces gracias a la lente gravitatoria. Crédito: : NASA, ESA, and S. Rodney (JHU) and the FrontierSN team; T. Treu (UCLA), P. Kelly (UC Berkeley), and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI).
La importancia de este descubrimiento que es estos datos sirven para estudiar la distribución de materia oscura del cúmulo de galaxias. Los astrofísicos han ideado métodos sorprendentes para, a partir de la luz que nos llega ampliada y distorsionada por las lentes gravitatorias, estimar la masa total del cúmulo de galaxias que las produce. Descontando la luz (la masa) que vemos en estrellas (o en gas o polvo, pero en cúmulos la contribución de estos dos es muy pequeña), el resto de la masa de los cúmulos de galaxias proviene de materia oscura. En concreto, los astrofísicos responsables de este descubrimiento ya habían modelado la distribución de materia oscura alrededor de MACS J1149.6+2223. La luz de la supernova que explotó 4300 millones de luz antes de llegar al cúmulo de galaxias se ve distorsionada por la intensa gravedad, cada rayo de luz toma una ruta distinta, y termina abandonando el cúmulo en regiones y momentos distintos. El siguiente vídeo lo muestra:
Animación que ilustra cómo la intensa fuerza de gravedad de un cúmulo de galaxias masivo es capaz de curvar la luz de objetos muchos más lejanos antes de hacerla llegar a nosotros, como en el caso de la supernova descubierta en cuatro posiciones dentro del cúmulo MACS J1149.6+2223. Crédito: NASA, ESA, and G. Bacon, Z. Levay, and A. Feild (STScI); and S. Rodney (JHU) and the FrontierSN team; T. Treu (UCLA), P. Kelly (UC Berkeley), and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; and M. Postman (STScI) and the CLASH team.
Así, los astrofísicos han predicho que la luz de la supernova volverá a aparecer en unos cinco años, en otras posiciones del cúmulo de galaxias. En realidad, los cálculos indican que en 1995 también podrían haberse visto imágenes de la supernova distante en este cúmulo. Estudiando las posiciones de estas nuevas imágenes de la supernova, el tiempo que brilla, y el tiempo transcurrido desde el último evento, los astrofísicos pueden refinar de forma importante la distribución de materia oscura dentro del cúmulo, algo que podría además dar pistas sobre la naturaleza de la esquiva materia oscura. Por supuesto, el equipo investigador ya se está organizando para volver observar este cúmulo en cinco años y así confirmar sus teorías.
El descubrimiento de esta Cruz de Einstein con la supernova en el cúmulo de galaxias MACS J1149.6+2223 se realizó en noviembre de 2014. Las observaciones continuaron durante 3 meses, incluyendo el uso del telescopio de 10 metros Keck (Hawaii, EE.UU.) para confirmar espectroscópicamente que el objeto era una supernova y conocer la distancia a su galaxia huésped con precisión. Los astrofísicos del equipo investigador bautizaron a la supernova como Refsdal en honor al astrónomo noruego Sjur Refsdal quien, en 1964, propuso por primera vez usar imágenes múltiples de supernovas que llegan a distinto tiempo a nosotros para estudiar la expansión del Universo.
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Más información
- Nota de prensa del HST, en inglés.
- Nota de prensa del Observatorio Keck, en inglés.
- Artículo científico en revista Science, en inglés.