Lentes gravitatorias como medidoras de distancias en el Universo

3 de marzo de 2010

 En la imagen podemos ver  la lente gravitacional del sistema B1608 656.
Los astrónomos han utilizado esta lente gravitacional para medir la forma de las estrellas, buscar exoplanetas, y la materia oscura en las galaxias distantes del Universo. Ahora, en cambio está siendo usada para medir la edad y el tamaño del Universo. Los investigadores comentan que este nuevo método de medida utilizando lentes gravitacionales proporciona un método muy preciso para medir la rapidez con la que el Universo se está expandiendo.
Los datos conseguidos a partir de este estudio determinan un valor para la constante de Hubble, que indica el tamaño del Universo y que confirma su edad en 13,75 mil millones de años. Los resultados también confirman la presencia de una energía oscura responsable de esta aceleración y expansión del Universo.
Una lente gravitacional se produce cuando dos galaxias se encuentran alineadas con el plano de la Tierra situándose una detrás de la otra. El campo gravitacional de la galaxia más cercana distorsiona la imagen de la galaxia más lejana formando un arco con múltiples imágenes. A veces, este efecto, llega a crear incluso un anillo completo, conocido como un anillo de "Einstein".
Los investigadores del Instituto Kavli para la Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC), utilizan las lentes gravitacionales para medir las distancias que recorre la luz por los diferentes caminos de desplazamiento que se generan tras la influencia de la lente gravitatoria. Los científicos calculan el tiempo que la luz tardó en recorrer cada ruta y su velocidad efectiva. De esta manera, aparte de deducir la distancia que nos separa de la galaxia más lejana, también pueden obtener datos de la escala global del Universo y diversos detalles de su expansión.
Distinguir las distancias en el espacio es difícil. Una fuente de luz muy brillante y lejana puede parecer estar situada a la misma distancia que una fuente de luz más débil y cercana. Una lente gravitacional evita este problema proporcionando además múltiples pistas en cuanto a la distancia que recorre la luz en sus viajes. Esta información adicional que se obtiene de este estudio y que permite a los astrofísicos determinar el tamaño del Universo, en términos científicos se conoce como constante de Hubble.
"Sabemos desde hace mucho tiempo que la lente es capaz de hacer una medición física de la constante de Hubble", comenta Phil Marshall, del KIPAC. Sin embargo, las lentes gravitacionales nunca antes habían sido utilizadas para obtener resultados tan precisos. Esta medición proporciona una medida igualmente precisa de la constante de Hubble, siempre usando unas herramientas establecidas, tales como la observación de las supernovas y el fondo cósmico de microondas. " Las lentes gravitatorias tienen la mayoría de edad como herramienta competitiva en el conjunto de instrumentos de la astrofísica", afirma Marshall.
Cuando un objeto cercano grande, como una galaxia, bloquea la luz de otro objeto distante, como otra galaxia, la luz puede rodear el bloque. Pero en lugar de tomar un solo camino, la luz puede doblarse alrededor del objeto en una, dos, o cuatro rutas diferentes, por lo que puede duplicar o cuadriplicar la cantidad de la información que reciben los científicos. 


En el caso de B1608 656, los científicos han podido estudiar los cuatro caminos distintos que tomó la luz. El autor principal del estudio, Sherry Suyu, de la Universidad de Bonn, dijo: "En nuestro caso, hay cuatro copias de la fuente, que aparecen como un anillo de luz alrededor de la lente gravitatoria".
Estudiando el tiempo que la luz tarda en llegar a las diferentes imágenes de una misma lente, los científicos han descubierto que la luz no siempre llega antes en los recorridos más cortos. De hecho, en ocasiones se ha observado que la luz que tarda más en llegar a su imagen es aquella que tiene que recorrer un camino más corto. Por ello, se han de estudiar todas las variables que puedan afectar a las ecuaciones de las lentes grvavitatorias como son la distancia, la densidad y otros aspectos de las galaxias que toman parte en este proceso.
En el pasado, este método de estimación de la distancias estaba plagado de errores, pero los físicos creen que ahora  es comparable con otros métodos de medición. Con esta técnica, los investigadores han dado con una lente más precisa, obteniendo un el valor de la constante de Hubble, con una mejor estimación de la incertidumbre de esta constante. Por tanto, la reducción y la comprensión de la magnitud del error en los cálculos, pueden lograr mejores estimaciones sobre la estructura de la lente y el tamaño del Universo.
Hay varios factores que los científicos todavía tienen que tener en cuenta para determinar las distancias con lentes. Por ejemplo, el polvo en la lente puede sesgar los resultados. El Telescopio Espacial Hubble posee filtros infra-rojos útiles para eliminar los efectos del polvo. Las imágenes también contienen información sobre el número de galaxias que se extienden alrededor de la línea de visión, y que contribuyen al efecto de lente a un nivel que debe tenerse en cuenta.
Marshall dice que varios grupos están trabajando en la ampliación de esta investigación, tanto por la búsqueda de nuevos sistemas de medición así como para seguir examinando las lentes conocidas. Los investigadores ya están al corriente de más de otros veinte sistemas astronómicos adecuados para el análisis de las lentes gravitacionales.
Los resultados de este estudio fueron publicado en la edición del 1 de marzo de The Astrophysical Journal. Los investigadores utilizaron datos recogidos por la NASA / ESA del Hubble Space Telescope, y mostraron la mejor precisión que ofrecen en combinación con la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).

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