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    Las lentes gravitacionales miden la expansión del universo

    Crédito:Pixabay / CC0 Public Domain

    Es uno de los grandes debates sobre cosmología:el universo se está expandiendo, pero ¿qué tan rápido exactamente? Dos mediciones disponibles arrojan resultados diferentes. El físico de Leiden, David Harvey, adaptó un tercer método de medición independiente utilizando las propiedades de deformación de la luz de las galaxias predichas por Einstein. Publicó sus hallazgos en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

    Sabemos desde hace casi un siglo sobre la expansión del universo. Los astrónomos notaron que la luz de las galaxias lejanas tiene una longitud de onda más baja que las galaxias cercanas. Las ondas de luz parecen estiradas o corrido al rojo, lo que significa que esas galaxias lejanas se están alejando.

    Esta tasa de expansión, llamada la constante de Hubble, se puede medir. Ciertas supernovas, o estrellas en explosión, tener un brillo bien entendido; esto hace posible estimar su distancia de la Tierra y relacionar esa distancia con su corrimiento al rojo o velocidad. Por cada megaparsec de distancia (un parsec equivale a 3,3 años luz), la velocidad a la que las galaxias se alejan de nosotros, aumenta a 73 kilómetros por segundo.

    Einstein

    Sin embargo, mediciones cada vez más precisas del fondo cósmico de microondas, un remanente de luz en el universo primitivo, arrojó una constante de Hubble diferente:unos 67 kilómetros por segundo.

    ¿Como puede ser? ¿Por qué la diferencia? ¿Podría esta diferencia decirnos algo nuevo sobre el universo y la física? "Esta, "dice el físico de Leiden David Harvey, "es por eso que una tercera medida, independiente de los otros dos, ha aparecido a la vista:lentes gravitacionales ".

    La teoría de la relatividad general de Albert Einstein predice que una concentración de masa, como una galaxia, puede doblar el camino de la luz, al igual que lo hace una lente. Cuando una galaxia está frente a una fuente de luz brillante, la luz se dobla a su alrededor y puede llegar a la Tierra a través de diferentes rutas, proporcionando dos, y a veces hasta cuatro, imágenes de la misma fuente.

    HoliCOW

    En 1964, el astrofísico noruego Sjur Refsdal tuvo un momento "a-ha":cuando la galaxia lente está un poco descentrada, una ruta es más larga que la otra. Eso significa que la luz tarda más por ese camino. Entonces, cuando hay una variación del brillo del quásar, esta señal será visible en una imagen antes que en la otra. La diferencia pueden ser días o incluso semanas o meses.

    Esta diferencia de tiempo, Refsdal mostró, también se puede utilizar para precisar distancias al quásar y la lente. La comparación de estos con el desplazamiento al rojo de los quásares le da una medida independiente de la constante de Hubble.

    Una colaboración de investigación en el marco del proyecto HoliCOW utilizó seis de estos lentes para reducir la constante de Hubble a aproximadamente 73. Sin embargo, hay complicaciones:aparte de la diferencia de distancia, la masa de la galaxia en primer plano también ejerce un efecto retardador, dependiendo de la distribución de masa exacta. "Tienes que modelar esa distribución, pero quedan muchas incógnitas, "dice Harvey. Incertidumbres como esta limitan la precisión de esta técnica.

    Imaginando todo el cielo

    Esto podría cambiar cuando un nuevo telescopio vea la primera luz en Chile en 2021. El Observatorio Vera Rubin se dedica a tomar imágenes de todo el cielo cada pocas noches. y se espera que genere imágenes de miles de cuásares dobles, ofreciendo la oportunidad de reducir aún más la constante de Hubble.

    Harvey dice:"El problema es que modelar todas esas galaxias en primer plano individualmente es imposible computacionalmente". Así que en vez, Harvey diseñó un método para calcular el efecto promedio de una distribución completa de hasta 1, 000 lentes.

    "En ese caso, Las peculiaridades individuales de las lentes gravitacionales no son tan importantes, y no tiene que hacer simulaciones para todos los lentes. Solo debes asegurarte de modelar a toda la población, "dice Harvey.

    "En el papel, Muestro que con este enfoque, el error en los umbrales de la constante de Hubble al 2% cuando te acercas a miles de cuásares ".

    Este margen de error permitirá una comparación significativa entre los varios candidatos constantes de Hubble, y podría ayudar a comprender la discrepancia. "Y si quieres bajar del 2%, tienes que mejorar tu modelo haciendo mejores simulaciones. Mi conjetura es que esto sería posible ".


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