Descubren la primera lente gravitacional doble

Un descubrimiento sorprendente de un equipo internacional de astrónomos ha sorprendido a la comunidad científica: la identificación de la primera lente gravitacional compuesta, una configuración extremadamente rara donde dos galaxias, situadas a diferentes distancias, funcionan como lentes. Este sistema, denominado J1721+8842, ha permitido detectar seis imágenes distintas de un mismo cuásar lejano. Publicado en la prestigiosa revista Astronomy & Astrophysics, este hallazgo ofrece una oportunidad sin precedentes para investigar parámetros cosmológicos clave, como la constante de Hubble (H0), utilizando técnicas avanzadas de cosmografía de retraso temporal.

El artículo describe cómo los investigadores realizaron observaciones detalladas durante más de dos años, empleando tanto el telescopio óptico nórdico (NOT) como el telescopio espacial James Webb (JWST). A través de estos datos, se confirmó que los seis puntos de luz identificados correspondían a un único cuásar, descartando así la hipótesis original de dos fuentes separadas. Este sistema es un ejemplo raro y fascinante de cómo la luz puede ser desviada y multiplicada debido a la presencia de dos galaxias masivas en la línea de visión.

¿Qué es una lente gravitacional?

Una lente gravitacional ocurre cuando la gravedad de una galaxia masiva curva el espacio-tiempo, actuando como una lente que desvía la luz de un objeto distante, como un cuásar. En el caso de J1721+8842, dos galaxias alineadas en diferentes planos producen este efecto de manera combinada, creando múltiples imágenes del cuásar detrás de ellas. Esta disposición es extremadamente inusual y ha sido denominada «zig-zag de Einstein» debido a que las trayectorias de la luz parecen seguir un patrón en zigzag al pasar por las dos galaxias deflectoras.

El fenómeno fue predicho teóricamente en la década de 1960 por el astrónomo Sjur Refsdal, quien propuso que las lentes gravitacionales podrían ser empleadas para medir distancias cósmicas y analizar la distribución de masa en el universo. Desde entonces, se han confirmado pocos sistemas similares, conocidos como lentes de doble plano de fuente (DSPL). Esto convierte a J1721+8842 en una observación excepcional que será fundamental para futuras investigaciones cosmológicas.

La historia del descubrimiento

El sistema J1721+8842 fue identificado inicialmente en 2018 como un posible cuásar doble a través de observaciones del satélite Gaia y el telescopio Pan-STARRS. Sin embargo, observaciones adicionales revelaron seis imágenes del cuásar, lo que indicaba una configuración más compleja. En un principio, los astrónomos asumieron que se trataba de dos núcleos galácticos activos (AGN) cercanos, pero la notable similitud en las curvas de luz observadas generó dudas entre los investigadores.

El cambio decisivo vino con los datos del telescopio espacial James Webb (JWST). Gracias a sus observaciones detalladas, se identificaron dos galaxias actuando como lentes: una más cercana y otra más lejana. La primera galaxia se encuentra a una distancia intermedia, mientras que la segunda está mucho más lejos. Este descubrimiento permitió crear un modelo que explica cómo la luz del cuásar se curva y se divide en seis imágenes distintas, confirmando que todas proceden de una misma fuente y no de dos objetos separados, como se pensaba antes.

La constante de Hubble

El estudio de J1721+8842 permite utilizar dos métodos avanzados para medir parámetros cosmológicos: la cosmografía de retraso temporal y el lentes gravitacionales con dos fuentes (en ingles, DSPL: «double source-plane lenses»). La cosmografía de retraso temporal se basa en medir el retraso temporal entre las imágenes del cuásar, que se produce debido a las diferentes trayectorias de la luz, las cuales recorren distancias distintas y, por lo tanto, llegan en momentos diferentes. Este método ha sido crucial para estimar la constante de Hubble (H0), un parámetro que describe la velocidad de expansión del universo.

El análisis DSPL, por otro lado, permite medir la relación entre las distancias del observador, la lente y las fuentes, proporcionando información valiosa sobre la historia de expansión del universo y sobre la energía oscura, que es responsable de la aceleración cósmica. La combinación de estas dos técnicas en un solo sistema permite obtener restricciones más precisas sobre H0 y otros parámetros cosmológicos, lo que hace que J1721+8842 sea especialmente relevante.

Las dificultades del análisis de datos

El análisis del sistema J1721+8842 fue complicado y presentó varias dificultades. Los modelos habituales de lentes gravitacionales no lograban explicar cómo se formaban seis imágenes diferentes. Esto llevó a los científicos a desarrollar un modelo más avanzado. La confirmación vino con las observaciones del telescopio espacial James Webb, que detectó una segunda galaxia actuando como lente. Según los autores del estudio, es la primera vez que se confirma un sistema de doble lente con una galaxia tan lejana.

Otro reto fue la interpretación de las curvas de luz. Las seis imágenes mostraban variaciones idénticas, lo que descartó la posibilidad de dos fuentes separadas. Los investigadores realizaron simulaciones extensivas para evaluar la probabilidad de que dos cuásares independientes presentaran curvas de luz tan similares. Los resultados indicaron que esta coincidencia sería prácticamente imposible, apoyando la conclusión de que se trata de un único cuásar lejano.

¿Qué nos aporta el descubrimiento?

Este hallazgo representa un avance significativo en el campo de la astronomía y ofrece una oportunidad extraordinaria para explorar aspectos fundamentales del universo. Los sistemas de doble lente como J1721+8842 son extremadamente raros, con una probabilidad de ocurrencia estimada en 1 entre 100 millones de casos observados en el cielo. Se espera que los futuros estudios de modelado y nuevas observaciones proporcionen datos adicionales para resolver la actual «tensión de Hubble«, una discrepancia en las mediciones de la tasa de expansión del universo.

El equipo de investigación tiene previsto seguir monitoreando J1721+8842 para obtener mediciones más precisas del retraso temporal y mejorar los modelos de lente. Además, el análisis detallado del sistema permitirá investigar la distribución de la materia oscura en las dos galaxias que actúan como lentes, lo que ofrecerá información crucial sobre la evolución de las galaxias masivas en el universo temprano.

Referencias

• Dux, F., Millon, M., Lemon, C., et al. (2024). J1721+8842: The first Einstein zig-zag lens. Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202425011.