Ahora lo ves, ahora no lo ves. Tres vistas de la misma supernova aparecen en la imagen de 2016 a la izquierda, tomada por el Telescopio Espacial Hubble. Pero no están en la imagen de 2019. La lejana supernova, llamada Requiem, está incrustada en el cúmulo de galaxias gigantes MACS J0138. El cúmulo es tan masivo que su poderosa gravedad dobla y magnifica la luz de la supernova, ubicada en una galaxia muy por detrás. Este fenómeno, denominado lente gravitacional, también divide la luz de la supernova en múltiples imágenes de espejo, resaltadas por los círculos blancos en la imagen de 2016. La supernova con múltiples imágenes desaparece en la imagen de 2019 del mismo cúmulo, a la derecha. La instantánea, tomada en 2019, ayudó a los astrónomos a confirmar la naturaleza del objeto. Las supernovas explotan y se desvanecen con el tiempo. Los investigadores predicen que una repetición de la misma supernova aparecerá en 2037. La ubicación prevista de esa cuarta imagen está resaltada por el círculo amarillo en la parte superior izquierda. La luz de Supernova Requiem necesitó aproximadamente 10 mil millones de años para su viaje, según la distancia de su galaxia anfitriona. La luz que el Hubble capturó del cúmulo, MACS J0138.0-2155, tardó unos cuatro mil millones de años en llegar a la Tierra. Las imágenes fueron tomadas en luz infrarroja cercana por la cámara de campo amplio 3 del Hubble. Créditos: PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

Resulta que esta aparición futura será la cuarta vista conocida de la misma supernova, ampliada, iluminada y dividida en imágenes separadas por un cúmulo masivo de galaxias en primer plano que actúa como una lente de zoom cósmico. Tres imágenes de la supernova se encontraron por primera vez a partir de datos de archivo tomados en 2016 por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

Las múltiples imágenes son producidas por la poderosa gravedad del monstruoso cúmulo de galaxias, que distorsiona y magnifica la luz de la supernova que está mucho mas atrás, un efecto llamado lente gravitacional. Este efecto, predicho por primera vez por Albert Einstein, es similar a una lente de vidrio que dobla la luz para ampliar la imagen de un objeto distante.

Las tres imágenes de supernovas, vistas como pequeños puntos capturados en una sola instantánea del Hubble, representan la luz de la secuencia explosiva. Los puntos varían en brillo y color, lo que significa tres fases diferentes de la explosión que se desvanece a medida que se enfría con el tiempo.

«Este nuevo descubrimiento es el tercer ejemplo de una supernova con múltiples imágenes para la que podemos medir el retraso en los tiempos de llegada», explicó el investigador principal Steve Rodney de la Universidad de Carolina del Sur en Columbia. «Es el más distante de los tres, y la demora prevista es extraordinariamente larga. Podremos regresar y ver la llegada final, que predecimos será en 2037, más o menos un par de años».

La luz que el Hubble capturó del cúmulo, MACS J0138.0-2155, tardó unos cuatro mil millones de años en llegar a la Tierra. La luz de Supernova Requiem necesitó aproximadamente 10 mil millones de años para su viaje, según la distancia de su galaxia anfitriona.

La predicción del equipo de la aparición de regreso de la supernova se basa en modelos informáticos del cúmulo, que describen los diversos caminos que sigue la luz de la supernova a través del laberinto de materia oscura grumosa en el agrupamiento galáctico. La materia oscura es un material invisible que comprende la mayor parte de la materia del universo y es el andamio sobre el que se construyen las galaxias y los cúmulos de galaxias.

Cada imagen ampliada toma una ruta diferente a través del cúmulo y llega a la Tierra en un momento diferente, debido, en parte, a las diferencias en la longitud de los caminos que siguió la luz de la supernova.

«Siempre que algo de luz pasa cerca de un objeto muy masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, la deformación del espacio-tiempo que la teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que está presente para cualquier masa, retrasa el viaje de la luz alrededor de esa masa», dijo Rodney.

Compara las diversas trayectorias de luz de la supernova con varios trenes que salen de una estación al mismo tiempo, todos viajando a la misma velocidad y con destino al mismo lugar. Sin embargo, cada tren toma una ruta diferente y la distancia para cada ruta no es la misma. Debido a que los trenes viajan por vías de diferentes longitudes a través de diferentes terrenos, no llegan a su destino al mismo tiempo.

Además, la imagen de la supernova que se predice que aparecerá en 2037 va por detrás de las otras imágenes de la misma supernova porque su luz viaja directamente a través del centro del cúmulo, donde reside la cantidad más densa de materia oscura. La inmensa masa del cúmulo dobla la luz, produciendo un retraso de tiempo más largo. «Este es el último en llegar porque es como el tren que tiene que ir a lo más profundo de un valle y volver a salir. Ese es el tipo de viaje más lento para la luz», explicó Rodney.

Las imágenes de supernovas «con lentes» fueron descubiertas en 2019 por Gabe Brammer, coautor del estudio en el Cosmic Dawn Center del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca. Brammer detectó las imágenes de supernovas reflejadas mientras analizaba galaxias distantes magnificadas por cúmulos de galaxias masivas en primer plano como parte de un programa en curso del Hubble llamado REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Estaba comparando nuevos datos REQUIEM de 2019 con imágenes de archivo tomadas en 2016 de un programa científico diferente del Hubble. Un pequeño objeto rojo en los datos de 2016 llamó su atención, que inicialmente pensó que era una galaxia lejana. Pero había desaparecido en las imágenes de 2019.

«Pero luego, en una inspección más profunda de los datos de 2016, noté que en realidad había tres objetos ampliados, dos rojos y uno morado», explicó. «Cada uno de los tres objetos se emparejó con una imagen con lente de una galaxia masiva distante. Inmediatamente me sugirió que no era una galaxia distante sino en realidad una fuente transitoria en este sistema que se había desvanecido de la vista en las imágenes de 2019 como la luz de una bombilla que se hubiera apagado».

Brammer se asoció con Rodney para realizar un análisis más detallado del sistema. Las imágenes de supernova con lentes están dispuestas en un arco alrededor del núcleo del cúmulo. Aparecen como pequeños puntos cerca de las características manchadas de naranja que se cree que son instantáneas ampliadas de la galaxia anfitriona de la supernova.

El coautor del estudio, Johan Richard, de la Universidad de Lyon en Francia, elaboró ​​un mapa de la cantidad de materia oscura en el cúmulo, deducido de la lente que produce. El mapa muestra las ubicaciones previstas de los objetos con lentes. Se predice que esta supernova volverá a aparecer en 2042, pero será tan tenue que el equipo de investigación cree que no será visible.

La captura de la repetición del evento explosivo ayudará a los astrónomos a medir los retrasos de tiempo entre las cuatro imágenes de supernova, lo que ofrecerá pistas sobre el tipo de terreno de espacio deformado que la luz de la estrella explotada tuvo que cubrir. Armados con esas mediciones, los investigadores pueden ajustar los modelos que definen la masa del cúmulo. El desarrollo de mapas precisos de materia oscura de cúmulos de galaxias masivas es otra forma en que los astrónomos miden la tasa de expansión del universo e investigan la naturaleza de la energía oscura, una forma misteriosa de energía que trabaja contra la gravedad y hace que el cosmos se expanda a un ritmo más rápido.

Este método de retardo de tiempo es valioso porque es una forma más directa de medir la tasa de expansión del universo, explicó Rodney. «Estos retrasos prolongados son particularmente valiosos porque puede obtener una medición buena y precisa de ese retraso si solo tiene paciencia y espera años, en este caso más de una década, para que vuelva la imagen final», dijo. «Es una ruta completamente independiente para calcular la tasa de expansión del universo. El valor real en el futuro será utilizar una muestra más grande de estos para mejorar la precisión».

Detectar imágenes de supernovas «con lentes» será cada vez más común en los próximos 20 años con el lanzamiento del telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el inicio de operaciones en el Observatorio Vera C. Rubin. Ambos telescopios observarán grandes franjas del cielo, lo que les permitirá detectar docenas de supernovas con múltiples imágenes.

Los telescopios futuros, como el telescopio espacial James Webb de la NASA, también podrían detectar la luz de la supernova Requiem en otras épocas de la explosión. Los resultados del equipo aparecerán el 13 de septiembre en la revista Nature Astronomy.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA, ESA, Universidad de Carolina del Sur, Cosmic Dawn Center / Instituto Niels Bohr / Universidad de Copenhague
Editor versión original Inglesa: Lynn Jenner

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