Actualizado 18/11/2020 10:35 CET

Lentes gravitacionales, tercera vía para medir la expansión del cosmos

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Universo - NASA

   MADRID, 18 Nov. (EUROPA PRESS) -

   El físico de Leiden David Harvey ha adaptado un tercer método de medición de la expansión del Universo utilizando las propiedades de deformación de la luz de las galaxias predichas por Einstein.

   Sabemos desde hace casi un siglo sobre la expansión del universo. Los astrónomos notaron que la luz de las galaxias lejanas tiene una longitud de onda más baja que las galaxias cercanas. Las ondas de luz parecen estiradas o desplazadas al rojo, lo que significa que esas galaxias lejanas se están alejando.

   Esta tasa de expansión, llamada constante de Hubble, se puede medir. Ciertas supernovas, o estrellas en explosión, tienen un brillo bien conocido; esto permite estimar su distancia de la Tierra y relacionar esa distancia con su corrimiento al rojo o velocidad. Por cada megaparsec de distancia (un parsec equivale a 3,3 años luz), la velocidad a la que las galaxias se alejan de nosotros aumenta en 73 kilómetros por segundo.

   Sin embargo, las mediciones cada vez más precisas del fondo cósmico de microondas, un remanente de luz en el universo temprano, arrojaron una constante de Hubble diferente: unos 67 kilómetros por segundo.

   ¿Como puede ser? ¿Por qué la diferencia? ¿Podría esta diferencia decirnos algo nuevo sobre el universo y la física? "Esto --dice el físico de Leiden David Harvey en un comunicado-- es la razón por la que una tercera medida, independiente de las otras dos, ha aparecido a la vista: lentes gravitacionales".

   La teoría de la relatividad general de Albert Einstein predice que una concentración de masa, como una galaxia, puede desviar la trayectoria de la luz, al igual que lo hace una lente. Cuando una galaxia está frente a una fuente de luz brillante, la luz se dobla a su alrededor y puede llegar a la Tierra a través de diferentes rutas, proporcionando dos, y a veces incluso cuatro, imágenes de la misma fuente.

   En 1964, el astrofísico noruego Sjur Refsdal tuvo un momento "a-ha": cuando la galaxia de lente está un poco descentrada, una ruta es más larga que la otra. Eso significa que la luz tarda más por ese camino. Entonces, cuando hay una variación en el brillo del quásar, esta señal será visible en una imagen antes que en la otra. La diferencia puede ser de días, incluso semanas o meses.

   Esta diferencia de tiempo, mostró Refsdal, también se puede usar para precisar distancias al quásar y la lente. La comparación de estos con el desplazamiento al rojo de los cuásares le da una medida independiente de la constante de Hubble.

   Una colaboración de investigación en el marco del proyecto HoliCOW utilizó seis de estos lentes para reducir la constante de Hubble a aproximadamente 73. Sin embargo, existen complicaciones: además de la diferencia de distancia, la masa de la galaxia en primer plano también ejerce un efecto retardador, dependiendo de la exacta distribución masiva. "Hay que modelar esa distribución, pero quedan muchas incógnitas", dice Harvey. Incertidumbres como esta limitan la precisión de esta técnica.

   Esto podría cambiar cuando un nuevo telescopio vea la primera luz en Chile en 2021. El Observatorio Vera Rubin se dedicará a obtener imágenes de todo el cielo cada pocas noches, y se espera que obtenga imágenes de miles de cuásares dobles, lo que ofrece la oportunidad de reducir la constante de Hubble incluso más lejos.

   Harvey dice: "El problema es que modelar todas esas galaxias en primer plano individualmente es imposible computacionalmente". En cambio, Harvey diseñó un método para calcular el efecto promedio de una distribución completa de hasta 1,000 lentes.

   "En ese caso, las peculiaridades individuales de las lentes gravitacionales no son tan importantes, y no es necesario realizar simulaciones para todas las lentes. Solo debe asegurarse de modelar a toda la población", dice Harvey.

   "En el documento, muestro que con este enfoque, el error en los umbrales de la constante de Hubble es del 2% cuando te acercas a miles de cuásares".

   Este margen de error permitirá una comparación significativa entre los varios candidatos de la constante de Hubble y podría ayudar a comprender la discrepancia. "Y si quieres ir por debajo del 2%, tienes que mejorar tu modelo haciendo mejores simulaciones. Creo que esto sería posible".

   Harvey publicó sus hallazgos en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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