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Las lentes gravitacionales de Einstein podrían acabar con el debate de la expansión del universo

Las lentes gravitacionales de Einstein podrían acabar con el debate de la expansión del universo


Universo

Los pliegues en el espacio-tiempo pueden actuar como lentes de aumento, y eso podría resolver un misterio cósmico sobre el ratio de expansión del universo, según un nuevo estudio.

Esta investigación podría conducir un día a modelos más afinados del cosmos, que podrían aportar luz sobre el destino final del universo, dicen los investigadores.

Lente gravitacional En esta vista del quasar lejano RXJ1131-1231 del Telescopio Espacial Hubble, una galaxia en el frente distorsiona la imagen del quasar situado detrás en un arco brillante (izquierda) y crea un total de cuatro imágenes - un fenómeno conocido como lente gravitacional. . Crédito : ESA/Hubble/NASA/Suyu et al.)

El universo se ha seguido expandiendo desde su nacimiento, hace unos 13.800 millones de años. Midiendo el actual ritmo de expansión, conocido como la constante de Hubble, los científicos pueden intentar aprender el destino del universo, como saber si se expandirá para siempre, colapsará sobre si mismo, o se romperá completamente.

Actualmente hay dos estrategias principales para medir la constante de Hubble. Una supone hacer seguimiento de objetos cercanos cuyas propiedades científicas conozcamos bien, como las explosiones estelares conocidas como supernovas y las estrellas pulsantes llamadas variables cefeidas, para conocer sus distancias. La otra se enfoca en el fondo cósmico de microondas, la radiación residual del Big Bang, comprobando como cambia con el tiempo.

Sin embargo, este par de técnicas han producido dos valores diferentes para el valor de la constante de Hubble. Los datos del fondo cósmigo de microondas sugieren que el universo se expande a un ritmo de 67.5km por segundo por megapársec (una distancia equivalente a 3.26 millones de años luz). Pero los datos de las supernovas y las cefeidas en el universo cercano sugieren un ritmo de unos 74km por segundo por megapársec.

Esto significa que la gravedad también puede curvar la luz como una lente, así que los objetos vistos a través de potentes campos gravitacionales, como los producidos por galaxias masivas, se amplifican. Las lentes gravitacionales se descubrieron hace un siglo, y hoy los astrónomos a menudo usan esas lentes para ver detalles que de otra manera serían muy lejanos y débiles para poder ser detectados incluso con los más potentes telescopios.

La nueva investigación analiza las lentes gravitacionales para estimar sus distancias a la Tierra, datos que ayudarían a los investigadores a averiguar el ritmo al que se expande el universo con el tiempo.

Una galaxia haciendo de lente gravitacional distorsionando la luz Las lentes gravitacionales ocurren cuando la luz de una distancia más lejana o quasar es deformada por la gravedad de un objeto más cercano en la línea de visión de la Tierra.Crédito: ESA/Hubble/NASA

"El nuevo método tiene gran potencial para ofrecer una perspectiva única en la medida de la constante de Hubble", señala a Space.com el autor principal del estudio , Inh Jee, antigua astrofísica del Max Planck Institute for Astrophysics en Garching, Alemania.

Una clave para determinar la distancia de una lente gravitacional desde la Tierra depende de una extraña característica de las lentes gravitacionales : A menudo producen múltiples imágenes de los objetos aumentados alrededor de las lentes, obteniendo lo que se conoce por "Cruz de Einstein". Debido a que la luz que crea estas imágenes toma diferentes rutas en diferentes longitudes alrededor de las lentes, cualquier variación en el brillo de un objeto aumentado será visible en algunas imágenes antes que en otras. A mayor masa de la lente, mayor es el doblado de la luz, y por eso mayor el tiempo de diferencia entre la observación de las imágenes. Los científicos pueden usar estos detalles para determinar la fuerza del campo gravitacional de la lente y así su masa.

Cruz de Einstein Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble, conocida como "Cruz de Einstein", muestra cuatro imágenes de un quasar lejano que han sido multiplicadas por una galaxia más cercana actuando como lente gravitacional. Crédito: NASA/ESA/STSci

Esta masa puede entonces utilizarse en los cálculos para determinar la distancia. Pero los científicos antes necesitan otra medición clave.

La otra clave para determinar la distancia de una galaxia lente gravitacional desde la Tierra supone analizar las posiciones y velocidades de las estrellas dentro de las lentes. Cuando estos detalles se combinan con estimaciones de la masa y la fuerza del campo gravitacional de la galaxia que hace de lente, los científicos pueden determinar el diámetro real de esa galaxia.

Entonces pueden comparar el diámetro real de la galaxia que hace de lente con el diámetro aparente vista desde la Tierra. La diferencia entre estos valores puede ayudar a los investigadores a calcular como de lejos debe estar una galaxia con un tamaño determinado para parecer del tamaño que se observa desde la Tierra.

Los investigadores aplicaron esta técnica a dos sistemas de lentes gravitacionales. En sus resultados, los científicos alcanzaron un valor para la constante de Hubble de 82.4km por segundo por megaparsec. Aunque este valor es más alto que los dos valores más establecidos de la constante de Hubble, Jee indica que todavía hay altos niveles de incertidumbre con este método. Con más datos que permitan ajustarse, la técnica podría acabar favoreciendo uno de los valores establecidos, o podría conducir a un tercer valor.

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