Primera imagen de una Supernova a través de una lente gravitacional

Por primera vez se observa como los rayos de luz de la supernova son doblados por la curvatura del espacio alrededor de una galaxia. La poderosa visión del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA ha permitido a un grupo de astrónomos analizar por primera vez las múltiples imágenes de una supernova de Tipo Ia a través de una lente gravitacional.

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Una lente gravitacional se forma cuando la luz procedente de objetos distantes y brillantes como quasares o en este caso en concreto explosión de supernova se curva alrededor de un objeto masivo (como este caso una galaxia) situado entre el objeto emisor (Supernova) y el receptor (Hubble).

 

Un equipo de investigación internacional, liderado por Ariel Goobar en la Universidad de Estocolmo ha detectado por primera vez múltiples imágenes de una supernova de tipo Ia a través de una lente gravitacional.

Las supernovas de tipo Ia, son tomadas por los astrónomos como “velas estándar” de la naturaleza, son utilizadas para medir con precisión las grandes distancias cosmológicas. Una supernova de tipo Ia ocurre cuando se tiene una pareja de estrellas formada por una estrella enana blanca y (normalmente) una gigante roja. La enana blanca roba material a la gigante roja, hasta que llega un momento a una masa dada (1.38 veces la masa del Sol) que el material robado se fusiona de forma incontrolada, produciendo una titánica explosión que destruye el sistema formado por las dos estrellas (denominada la explosión de supernova tipo Ia). Como esta explosión siempre ocurre cuando se alcanza este límite de masa, la energía liberada en la detonación es siempre “más o menos” la misma, por lo que el brillo absoluto de las supernovas tipo Ia será siempre igual. Esta energía liberada es enorme: el brillo absoluto de una supernova de tipo Ia equivale al de 5.000 millones de soles, por lo que es relativamente fácil detectarlas en galaxias muy lejanas como es el caso.

Las lentes gravitacionales, esta curvatura del espacio debido a la fuerte gravedad también se han observado muchas veces desde principios del siglo XX, cuando ya Albert Einstein las predijo. Sin embargo, hasta ahora, la imagen de una supernova tipo Ia a través de una lente gravitacional había demostrado ser formidablemente difícil.

El equipo internacional de físicos y astrónomos dirigido desde la Universidad de Estocolmo ha visto por primera vez esta rara aparición de múltiples imágenes de la misma estrella explosiva denominada iPTF16geu (perteneciente a la clase de supernovas conocidas como Tipo Ia).

Hubble’s view on iPTF16geu. Image credit: NASA / ESA / Hubble.
Visión de Hubble a través de la lente gravitacional de iPTF16geu . Crédito de la imagen: NASA / ESA / Hubble.

El fenómeno causante, llamado lente gravitacional es el resultado de la deformación intensa de la luz de la supernova por una galaxia intermedia situada entre nosotros y la estrella en alineación casi perfecta. En este caso especial, la supernova apareció magnificada, pero también se multiplicó. Las nuevas observaciones proporcionan una nueva herramienta prometedora para probar las teorías cosmológicas claves sobre la aceleración de la expansión del universo y la distribución de una misteriosa sustancia conocida como materia oscura.

This composite image shows iPTF16geu, as seen with different telescopes. The background image shows a wide-field view of the night sky as seen with the Palomar Observatory. The leftmost image shows observations made with the Sloan Digital Sky Survey. The central image was taken by Hubble and shows the lensing galaxy. The rightmost image was also taken with Hubble and depicts the four lensed images of iPTF16geu, surrounding the lensing galaxy. Image credit: NASA / ESA / Hubble / Sloan Digital Sky Survey / Palomar Observatory / California Institute of Technology.
Esta imagen compuesta muestra iPTF16geu, como se ve con diferentes telescopios. La imagen de fondo muestra una vista de campo ancho del cielo nocturno como se ve con el Observatorio Palomar. La imagen de la izquierda muestra las observaciones realizadas con el Sloan Digital Sky Survey. La imagen central fue tomada por Hubble y muestra la galaxia lente. La imagen más a la derecha también fue tomada con Hubble y representa las cuatro imágenes de iPTF16geu, que rodea a la galaxia lente. Crédito de la imagen: NASA / ESA / Hubble / Sloan Digital Sky Survey / Observatorio Palomar / Instituto de Tecnología de California.

Supernova iPTF16geu, fue detectada por primera vez el 5 de septiembre de 2016 por la intermediaria Palomar Transient Factory (iPTF) en colaboración con el Observatorio Palomar. También conocida como SN 2016geu, la supernova explotó a una distancia que corresponde a un tiempo de 4.300 millones de años atrás.

Sólo pudo ser detectada porque la galaxia de primer plano – SDSS J210415.89-062024.7, que se encuentra a 2.500 millones de años luz de distancia, iluminó la luz de la explosión, haciéndola 52 veces más brillante para los observadores en la Tierra. También causó que iPTF16geu aparezca en cuatro lugares distintos en el cielo, rodeando la galaxia lente en primer plano.

Las cuatro imágenes se encuentran en un círculo con un radio de sólo 3.000 años luz alrededor de la galaxia, por lo que la convierte en una de las lentes gravitacionales extragalácticas más pequeñas descubiertas hasta el momento.

“Resolver por primera vez múltiples imágenes de una supernova de” vela estándar ” bajo lente gravitacional es un avance importante, podemos medir la potencia de enfoque de la gravedad con más precisión que nunca y probar escalas físicas que pueden haber parecido fuera de nuestro alcance Hasta ahora “, dice Ariel Goobar, profesor del Centro Oskar Klein de la Universidad de Estocolmo y autor principal del estudio.

Goobar y su grupo son socios en dos colaboraciones científicas internacionales dirigidas por Caltech: iPTF (intermediaria Palomar Transient Factory) y GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen). La iPTF aprovecha el Observatorio Palomar y sus capacidades únicas para escanear los cielos y descubrir, en tiempo casi real, eventos cósmicos de rápido cambio como las supernovas. GROWTH gestiona una red global de investigadores y telescopios que pueden realizar rápidamente observaciones de seguimiento para estudiar estos eventos transitorios en detalle.

A los dos meses de su detección, el equipo observó la supernova iPTF16geu con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y los instrumentos de óptica adaptativa en el Observatorio Keck de Mauna Kea, Hawaii, y los telescopios VLT en Chile. Aparte de producir un efecto visual sorprendente, la captura de la imagen de la supernova de tipo Ia tal como iPTF16geu es extremadamente útil científicamente. Los astrónomos ahora pueden medir con exactitud cuánto tiempo toma para que la luz de cada una de las imágenes múltiples de la supernova nos alcance. La diferencia en el tiempo de llegada puede entonces ser usada para estimar con una alta precisión la tasa de expansión del universo conocida como la constante de Hubble. En la actualidad, los diferentes métodos para medir la constante de Hubble producen resultados ligeramente diferentes, pero incluso estos pequeños cambios pueden resultar en escenarios significativamente diferentes para la evolución prevista y la expansión del universo.

El estudio de iPTF16geu ya está dando resultados interesantes. Basado en el conocimiento actual de las supernovas y las lentes gravitacionales, la observación de un evento como el iPTF16geu es bastante improbable. Por otra parte, utilizando los datos de Keck y Hubble el equipo encuentra que la galaxia  lente necesita una gran cantidad de subestructura para dar cuenta de las diferencias observadas en las cuatro imágenes de la supernova y la ampliación total de la lente.

Esto puede introducir nuevas preguntas sobre la forma en que la materia se aglomera en el universo y desafiar a los astrónomos a entender la lente gravitatoria a pequeñas escalas.

“El descubrimiento de iPTF16geu es realmente como encontrar una aguja en un pajar, nos revela un poco más sobre el universo, pero en su mayoría provoca una gran cantidad de nuevas cuestiones científicas.Por eso me encanta la ciencia y la astronomía” – dice Rahman Amanullah , Becario postdoctoral de la Universidad de Estocolmo y coautor del estudio.

Fuentes: 1/2/3

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