Lentes astronómicamente grandes miden la edad y el tamaño del universo

Usando galaxias enteras como lentes para ver otras galaxias, los investigadores tienen una nueva manera precisa de medir el tamaño y la edad del universo y la rapidez con que se está expandiendo, a la par con otras técnicas. La medición determina un valor para la constante de Hubble, que indica el tamaño del universo, y confirma la edad del mismo en 13.750 millones años. Los resultados también confirman la fuerza de la energía oscura, responsable de la aceleración de la expansión del universo.

Cuando un objeto cercano, como una galaxia, bloquea un objeto distante, por ejemplo otra galaxia, la luz puede rodear ese obstáculo. Pero en lugar de tomar un solo camino, la luz puede "doblarse" alrededor del objeto en un dos o cuatro rutas diferentes, duplicando o cuadriplicando así la cantidad de información que reciben los científicos. Como el brillo del núcleo de la galaxia de fondo fluctúa, los físicos pueden medir el flujo y reflujo de la luz a través de cuatro caminos distintos, como en el sistema B1608 656 mostrado aquí. Imagen: Jerez Suyu.

Estos resultados, obtenidos por investigadores del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC) en el SLAC National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de Estados Unidos y la Universidad de Stanford, la Universidad de Bonn, y de otras instituciones en los Estados Unidos y Alemania, se publicaron el 1º de marzo 2010 en la revista The Astrophysical Journal. (El documento completo está disponible gratis en arXiv). Los investigadores utilizaron datos recogidos por el Telescopio Espacial Hubbleooooooo de NASA / ESA, y mostró la mejor precisión que pueden ofrecer en combinación con el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).

El equipo utilizó una técnica conocida como lente gravitacional, para medir la distancia que viajó la luz desde una galaxia brillante y activa hasta la tierra por caminos diferentes. Al comprender el tiempo que tardó en recorrer cada ruta y la velocidad efectiva en cuestión, los investigadores no solo podrían deducir cuán lejos se encuentra la galaxia, sino también la escala global del universo y algunos detalles de su expansión.

A menudo es difícil para los científicos distinguir entre una luz muy brillante lejana y una fuente engañosamente más cercana. Una lente gravitacional evita este problema proporcionando pistas múltiples en cuanto a la distancia que viaja la luz. Esa información adicional les permite determinar el tamaño del universo, expresado a menudo por los astrofísicos en términos de una cantidad llamada la constante de Hubble.

"Hemos sabido por mucho tiempo que las lentes son capaces de ofrecer una medición física de la constante de Hubble", nos dice Phil Marshall de KIPAC. Sin embargo, las lentes gravitacionales nunca antes habían sido utilizadas en forma tan precisa. Esta medición proporciona una medida tan exacta de la constante de Hubble, como herramientas ya establecidas, tales como la observación de las supernovas y el fondo cósmico de microondas. "Las lentes gravitacionales han llegado a la mayoría de edad como herramientas competitivas en el conjunto de instrumentos utilizados en astrofísica", dijo Marshall.

Aunque los investigadores no saben cuando la luz abandona su fuente, ellos aún pueden comparar los tiempos de llegada. Marshall lo asemeja a cuatro coches que toman cuatro rutas distintas entre lugares en los lados opuestos de una gran ciudad, como la Universidad de Stanford y el Observatorio Lick, a través o alrededor de San José. Y como los automóviles frente a las congestiones de tránsito, la luz puede sufrir retrasos, también.

"La densidad de tráfico en una gran ciudad es como la densidad de masa en una lente galáctica", dijo Marshall. "Si usted toma una ruta más larga, no necesariamente le llevará un mayor tiempo atravesarla. A veces la distancia más corta es de hecho el trayecto más lento ".

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

En el pasado, este método de estimación de la distancia estaba plagado de errores, pero los físicos creen que ahora es comparable con otros métodos de medición. Con esta técnica basada en las lentes, los investigadores han llegado a obtener un valor más preciso de la constante de Hubble, y una mejor estimación de la incertidumbre en esa constante. Por lo tanto la reducción y la comprensión de la magnitud del error en los cálculos, permite alcanzar 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 presente en ellas puede sesgar los resultados. El Telescopio Espacial Hubble tiene filtros infrarrojos muy eficaces para eliminar los efectos del polvo. Las imágenes también contienen información sobre el número de falsas galaxias alrededor de la línea de visión, 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 como nuevos estudios de las lentes conocidas. Los investigadores ya están al corriente de más de otros veinte sistemas astronómicos adecuados para el análisis de las lentes gravitacionales.

Esta investigación fue apoyada en parte por la Oficina de la Ciencia del Departamento de Energía.

El Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología, iniciado con una donación de Fred Kavli y la Fundación Kavli, es una institución conjunta de la Universidad de Stanford y el SLAC National Accelerator Laboratory.

SLAC es un multi-programa de laboratorio para la exploración de preguntas en la frontera de la astrofísica, la ciencia de fotones, la física de partículas y la investigación del acelerador. Situado en Menlo Park, California, SLAC es operado por Stanford para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos.

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Traducido de:
Astronomically large lenses measure the age and size of the universe (por Julie Karceski para Symmetry Breaking, de Fermilab/SLAC)

Vía: Universo a la Vista