Mirar a través del Universo es difícil. Afortunadamente, el Universo a veces proporciona un poco de ayuda, utilizando la gravedad para dar a la luz una rápida patada en los fotones.
Brevemente, la lente gravitacional es cuando la gravedad de un objeto masivo (una estrella, un agujero negro, una galaxia) dobla el espacio a su alrededor, haciendo que la luz que pasa se curva, como un automóvil que sigue la curva de una carretera. Einstein [escribió sobre esto en relación con su trabajo sobre la relatividad], diciendo que la materia dobla el espacio y percibimos esta flexión como gravedad. Por eso llamamos a esto lente gravitacional; el espacio de flexión del objeto es la lente, y el objeto cuya luz se distorsiona, el objeto con lente.
Hoy en día hemos visto este efecto en innumerables ocasiones. Es un poco extraño; Este efecto no solo puede mover un poco la posición de un objeto con lente en el cielo, sino que también puede distorsionarse, estirarse como un caramelo, incluso envolverse alrededor de la lente como un anillo (de hecho, llamamos a esos anillos de Einstein), y la lente la hace mucho más brillante de lo que sería de otra manera.
El telescopio espacial Hubble es como una máquina diseñada para observar lentes . Puede ver pequeños detalles en objetos tenues, perfecto para este tipo de cosas. Y cuando apunta a una lente gravitacional, lo que ves es simplemente espectacular:
Este sistema se llama 2M1310-1714 y fue descubierto por accidente en un estudio de galaxias; el estudio fue diseñado para obtener distancias de más de un millón de galaxias , y un científico detectó esta situación de lente cuando estaba inspeccionando visualmente imágenes de un cuarto de millón de galaxias. Eso es … mucho trabajo. Pero se encontraron una docena de sistemas con lentes, incluido el 2M1310-1714.
Hay dos galaxias en el medio que actúan como la propia lente. Están a unos 3.400 millones de años luz de la Tierra, lo que es un camino muy largo. Pero el objeto con lente está aún mucho más lejos. Es un quásar , una galaxia donde el agujero negro supermasivo central está devorando materia y la ilumina como un faro cósmico . La materia se calienta a medida que cae y puede ser tan brillante que podemos verla claramente a través del Universo observable.
Y en este caso lo digo en serio: el quásar está a unos asombrosos 10.400 millones de años luz de distancia.
El par de galaxias con lentes distorsiona tanto el espacio a su alrededor que la luz del quásar se deforma seriamente a medida que pasaba. El anillo es la luz del cuásar esparcida alrededor de las galaxias, y los cuatro puntos a lo largo de él también son imágenes del cuásar, multiplicadas y amplificadas por el par. También hay una quinta imagen, mucho más tenue, del cuásar justo en el centro entre las dos galaxias.
Las imágenes de cuásar con lente son relativamente comunes, pero múltiples como esta son muy raras. También son extremadamente útiles: se pueden usar para averiguar qué tan rápido se está expandiendo el Universo .
La idea básica aquí es que la luz del cuásar toma diferentes caminos a medida que pasa el par de galaxias, y un camino puede ser un poco más largo que otro camino . Los cuásares son variables; pueden iluminarse y atenuarse con el tiempo, a veces con bastante rapidez. Si de repente se ilumina, por ejemplo, debido a esas diferentes longitudes de trayectoria , vemos que las imágenes con lentes se iluminan en diferentes momentos . Las imágenes de las rutas más largas se retrasarán en comparación con las rutas más cortas. La duración de ese retraso depende de muchas cosas, incluida la trayectoria exacta que tomó la luz, que depende de la distribución de la materia en el par de galaxias con lente y, de manera crucial, las distancias a las galaxias con lente y el cuásar con lente.
También podemos medir los desplazamientos al rojo de las galaxias y el quásar , lo que nos dice qué tan rápido la expansión universal los está alejando de nosotros. Hay muchos pasos en este proceso, pero al final, si mide el retraso entre las diferentes imágenes con lentes, puede medir qué tan rápido se expande el Universo. Esa es la medida clave que necesitamos para entender, bueno, todo .
La imagen del Hubble se tomó para obtener un buen mapa de las galaxias con lente y la estructura del cuásar. Con eso en la mano, los grandes telescopios terrestres pueden observarlo de vez en cuando y buscar esos cambios en el brillo. A partir de ahí, se pueden utilizar modelos matemáticos complejos para medir la deformación del espacio y, a partir de ahí, la tasa de expansión cósmica. La imagen del Hubble por sí sola no puede hacer eso, y las observaciones terrestres necesitan las del Hubble para reforzar las limitaciones. Juntos, son mucho más poderosos de lo que serían solos.
Me encanta el hecho de que, por sí sola, esta imagen sería una auténtica maravilla. Pero cuando ves la ciencia detrás de esto, y entiendes que podemos entender los aspectos más fundamentales del Universo debido a eso , eso amplifica y multiplica mi apreciación también.
