observación cuádruple de la explosión de una estrella

Una supernova reafirma las ideas que Einstein enunció hace justo cien años

Un grupo de astrofísicos ha conseguido ver por primera vez la imagen cuadriplicada de una supernova. El fenómeno, predicho por Einstein en 1915, está causado por una galaxia que actúa a modo de lupa

Foto: Imagen compuesta de la supernova Casiopea A
Imagen compuesta de la supernova Casiopea A

Una de las cosas que Albert Einstein predijo con su teoría de la relatividad general (que en este 2015 cumple su primer siglo) es que en determinados puntos del universo donde la concentración de masa es espectacularmente alta, su atracción gravitacional es tan fuerte que afecta a los rayos de luz que pasan lo suficientemente cerca, actuando así como enormes lupas cósmicas. Estas lentes harían que los cuerpos espaciales tras ellas se viesen magnificados desde la Tierra, lo que facilitaría su estudio, así como la comprensión del universo en su conjunto.

"Mientras los astrónomos a menudo se ven limitados por la potencia de sus telescopios, en algunos casos, nuestra capacidad para ver el detalle se ve enormemente mejorada por lentes naturales, creadas por el universo", explicaba Hugo Messias, de la Universidad de Concepción (Chile) y el Centro de Astronomía y Astrofísica da Universidad de Lisboa (Portugal) a la agencia SINC. "Einstein predijo en su teoría de la relatividad general que, dada suficiente masa, la luz no viaja en línea recta, sino que se dobla de forma similar a la luz refractada por una lente normal".

Décadas después, en 1979, los científicos descubrieron por primera vez una de estas lentes y desde entonces se han dado cuenta de que el universo está lleno de ellas. Ahora, un equipo internacional liderado por el investigador postdoctoral Patrick L. Kelly, de la Universidad de Berkeley, ha conseguido por primera vez ver la imagen cuádruple de una supernova utilizando una de esas lentes gravitacionales, formada un conjunto o clúster de galaxias con mucha masa. Los resultados se explican en un paper que publica la revista Science. El fenómeno, en honor al físico alemán que lo predijo, se llama una cruz de Einstein.

"Básicamente, hemos conseguido ver la supernova cuatro veces, y así medir los retrasos en la llegada de la luz procedente de las distintas imágenes (ya que recorre vías distintas). Esto con un poco de suerte nos ayudará a aprender más cosas sobre la supernova y el tipo de estrella a partir de la que se formó la explosión, así como sobre las propias lentes gravitacionales", explica Kelly. 

Pero no es solo eso lo que los astrofísicos esperan ver. Dada la naturaleza de este clúster de galaxias y la lente que forman, los astrónomos pretenden mirar en esta dirección de nuevo dentro de 10 años y, con suerte, ver la repetición de la explosión. Como decíamos antes, la luz proveniente de la estrella y que los telescopios humanos (en este caso el Hubble) captan recorre varias vías distintas, llegando hasta nosotros en distintos momentos. La modelización informática de esta lente demuestra que los investigadores podían haber visto esa explosión hace 50 años, y de nuevo hace 10. Pero si los cálculos son correctos, será visible de nuevo dentro de 10.

"Cuanto más largo es el camino que debe recorrer la luz (la supernova en cuestión se encuentra a nueve mil millones de años luz de la Tierra, y la galaxia que actúa como lente a cinco mil millones), o cuanto más fuerte es el campo gravitacional que tiene que atravesar, más tiempo de retraso trae", señala Alex Filippenko, profesor de la Universidad de Berkeley y miembro del equipo de Kelly. 


En esta imagen, captada por el telescopio espacial Hubble, los puntos rojos son galaxias pertenecientes al clúster que distorsiona y magnifica las imágenes de las galaxias que se encuentran detrás. Una gran galaxia, en el centro, divide la luz de una supernova en cuatro imágenes amarillas, marcadas por las flechas, formando una cruz de Einstein.

Luz sobre la materia oscura

Otro campo que los investigadores entender mejor con este descubrimiento y los estudios que de él se deriven es sobre la materia oscura. Los científicos calculan que los cuerpos visibles, como los planetas, estrellas o galaxias, solo suponen un 5% de la materia que compone el universo. El resto sería una combinación de materia oscura y energía oscura. Sin embargo, estos componentes son difíciles de estudiar puesto que no emiten ni reflejan luz.

Sí pueden, en cambio, ser medidos de forma indirecta gracias a la gravedad. Tal y como explican los participantes del estudio de la Universidad de Copenhague, la gravedad está relacionada directamente con la masa, de forma que conociendo la gravedad que ejerce una galaxia, se puede calcular su masa total. Puesto que la gravedad de una galaxia influye en la velocidad a la que se mueven las estrellas que contiene, y esta luz sí que podemos medirla y seguirla, a partir de ahí se puede calcular la materia oscura que contiene. Tras seguir las órbitas de las estrellas que contienen las galaxias dentro del clúster, los científicos han determinado que están formadas en su mayor parte por materia oscura.

La gravedad está relacionada directamente con la masa, de forma que conociendo la gravedad que ejerce una galaxia, se puede calcular su masa total

Pero es difícil saber cómo se distribuye, y esto es crucial para entender cómo interactúa con la materia normal y consigo misma. Esta nueva observación podría permitir una mejora en los cálculos de su distribución y así dar más detalles sobre este aún desconocido en gran parte pero omnipresente componente del universo. 

Cien años de la relatividad general

Este 2015, como decíamos, la teoría general de la relatividad enunciada por Einstein en un escueto estudio de cuatro páginas, cumple cien años y la revista Science aprovecha para hacer un homenaje al científico que encarna perfectamente el mito del genio: un pensador que, solo entre papeles y pizarras, dio con algunas de las fórmulas e ideas que revolucionaron su campo. 

Su teoría general de la relatividad es hasta el día de hoy la teoría fundamental que usamos para explicar la gravedad. Los físicos la han aceptado de forma generalizada y en ella se basan muchos para sus propios trabajos. Gobierna los fenómenos universales a gran escala igual que la mecánica cuántica rige las escalas más pequeñas, y entre ambas forman la base de la física moderna. Pero mietras que la cuántica fue obra de varios científicos, unos avanzando sobre la obra de otros (como es habitual en ciencia), Science destaca que fue la mente de Einstein la que dio forma a la teoría de la relatividad general en solitario.

Portada de la revista 'Science' dedicada al centenario de la relatividad general de Einstein
Portada de la revista 'Science' dedicada al centenario de la relatividad general de Einstein

Un siglo después, su teoría es un éxito: ha superado decenas de pruebas experimentales y teóricas y sirve como base para multitud de aplicaciones en el estudio de una gran variedad de fenómenos cósmicos. Grupos de todo el mundo se basan en su trabajo para tratar de detectar ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio y el tiempo que se causan cuando un cuerpo masivo se acelera, por ejemplo, en la explosión de una supernova o la formación de un agujero negro. Aunque existen evidencias indirectas los científicos aún no han podido captarlas directamente, algo que podría ocurrir por fin en unos cuantos meses, abriendo todo un nuevo campo para la investigación. 

A parte de los papers y artículos, Science celebra este aniversario con una serie de contenidos especiales, como un cómic interactivo dedicado a la figura del físico y un test para poner a prueba a los aficionados a las citas: ¿de verdad Einstein dijo todas esas frases que llenan internet y que hemos leído en tazas y camisetas por todo el mundo? Es el momento de descubrirlo. 

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