Lentes astronómicamente grandes miden la edad y tamaño del universo

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Lente gravitatoria

Usango galaxias enteras como lentes para observar otras galaxias, los investigadores tienen una nueva y precisa forma de medir el tamaño y edad del universo y cómo de rápido se expande, junto con otras técnicas. Las medidas determinan un valor para la constante de Hubble, la cual indica el tamaño del universo, y confirma la edad del universo de 13 750 millones de años, con un margen de error de 170 millones de años. Los resultados también confirman la fuerza de la energía oscura, responsable de acelerar la expansión del universo.

Estos resultados, de investigadores del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC) en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Universidad de Stanford, la Universidad de Bonn, y otras instituciones de los Estados Unidos y Alemania, se publican en el ejemplar del 1 de marzo de la revista The Astrophysical Journal. Los investigadores usaron datos recopilados por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, y mostraron una mejor precisión proporcionada en combinación con la Sonda Wilkinson de Anisitropía de Microondas (WMAP).

El equipo usó una técnica conocida como lente gravitatoria para medir la distancia que viaja la luz desde una galaxia activa y brillante hasta la Tierra a lo largo de varios caminos. Conociendo el tiempo que necesita para viajar a lo largo de cada camino y las velocidades efectivas implicadas, los investigadores pudieron deducir no sólo cómo de lejos están las galaxias, sino también la escala global del universo y algunos detalles de su expansión.

A menudo es difícil para los científicos distinguir entre una luz lejana muy brillante y una fuente tenue más cercana. La lente gravitatoria solventa este problema proporcionando múltiples pistas sobre la distancia que viaja la luz. Esta información extra les permite determinar el tamaño del universo, a menudo expresado por los astrofísicos en términos de una cantidad conocida como constante de Hubble.

“Desde hace tiempo hemos sabido que las lentes son capaces de hacer medidas físicas de la constante de Hubble”, dice Phil Marshall del KIPAC. No obstante, la lente gravitatoria nunca antes había sido usada de una forma tan precisa. Esta medida proporciona una medida igualmente precisa de la constante de Hubble que herramientas bien establecidas como las supernovas o el fondo de microondas cósmico. “La lente gravitatoria ha madurado hasta convertirse en una herramienta competitiva en la caja de los astrofísicos”, dijo Marshall.

Cuando un gran objeto cercano, como una galaxia, bloquea la luz de un objeto lejano, como otra galaxia, la luz puede rodear el bloqueo. Pero en lugar de tomar un único camino, la luz puede curvarse alrededor del objeto en una o dos, o cuatro rutas distintas, duplicando o cuadruplicando la cantidad de información que reciben los científicos. Cuando el brillo del núcleo de la galaxia de fondo fluctúa, los físicos pueden medir las subidas y bajadas de la luz desde los cuatro caminos distintos, como sucede en el sistema B1608+656 que fue objeto de este estudio. La autora principal del mismo, Sherry Suyu, de la Universidad de Bonn, dijo: “En nuestro caso, hubo cuatro copias de la fuente, que aparece como un anillo de luz alrededor de la lente gravitatoria”.

Aunque los investigadores no saben cuándo abandonó la luz su fuente, pueden comparar los tiempos de llegada. Marshall lo asemeja a cuatro coches que toman distintos camino entre lugares opuestos de una gran ciudad, tales como la Universidad de Stanford y el Observatorio Lick, a través o alrededor de San Jose. Y de la misma forma que los coches pueden encontrar problemas de tráfico, la luz puede encontrar también retardos.

“La densidad del tráfico en una gran ciudad es como la densidad de masa en una galaxia lente”, dice Marshall. “Si tomas una ruta más larga, no necesariamente llegarás más tarde. A veces las distancias cortas son en realidad más lentas”.

Las ecuaciones de lentes gravitatorias tienen en cuenta todas las variables tales como la distancia y densidad, y proporcionan una mejor idea de cuándo dejó la luz la galaxia de fondo y cuánto ha viajado.

En el pasado, este método de estimación de distancia estaba plagado de errores, pero los físicos creen ahora que es comparable a otros métodos de medida. Con esta técnica, los investigadores han logrado un valor más preciso basado en lentes para la constante de Hubble, y una mejor estimación de la incertidumbre sobre la constante. Reduciendo y comprendiendo el tamaño del error en los cálculos, pueden lograr mejores estimaciones de la estructura de la lente y del tamaño del universo.

Hay varios factores que los científicos aún tienen que tener en cuenta para determinar distancias con lentes. Por ejemplo, el polvo de la lente puede sesgar los resultados. El Telescopio Espacial Hubble tiene filtros infrarrojos útiles para eliminar los efectos del polvo. Las imágenes también contienen información sobre el número de galaxias que están alrededor de la línea de visión; éstas contribuyen al efecto lente en un nivel que tiene que tomarse en cuenta.

Marshall dice que hay varios grupos trabajando para extender esta investigación, tanto encontrando nuevos sistemas como examinando lentes conocidas. Los investigadores ya conocen más de otros veinte sistemas astronómicos adecuados para su análisis con lente gravitatoria.


Autor: Julie Karceski
Fecha Original: 1 de marzo de 2010
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