Es un desafío hacer predicciones especialmente en astronomía. Sin embargo, hay algunos pronósticos en los que los astrónomos pueden confiar, tales como el momento de los próximos eclipses lunares y solares y el regreso mecánico de algunos cometas.

Ahora, mirando más allá del sistema solar, Los astrónomos han agregado una predicción sólida de un evento que ocurre en las profundidades del espacio intergaláctico:una imagen de una estrella en explosión, apodado Supernova Requiem, que aparecerá alrededor del año 2037. Aunque esta retransmisión no será visible a simple vista, algunos telescopios futuros deberían poder detectarlo.

Resulta que esta aparición futura será la cuarta vista conocida de la misma supernova, magnificado iluminado y dividido en imágenes separadas por un enorme cúmulo de galaxias en primer plano que actúa como una lente de zoom cósmico. Tres imágenes de la supernova se encontraron por primera vez a partir de datos de archivo tomados en 2016 por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

Las múltiples imágenes son producidas por la poderosa gravedad del cúmulo de galaxias monstruosas, que distorsiona y magnifica la luz de la supernova muy atrás, un efecto llamado lente gravitacional. Primero predicho por Albert Einstein, este efecto es similar a una lente de vidrio que dobla la luz para ampliar la imagen de un objeto distante.

Las tres imágenes de supernova con lentes, visto como pequeños puntos capturados en una sola instantánea del Hubble, representan la luz de las secuelas explosivas. Los puntos varían en brillo y color, lo que significa tres fases diferentes de la explosión que se desvanece a medida que se enfría con el tiempo.

"Este nuevo descubrimiento es el tercer ejemplo de una supernova de imágenes múltiples para la que podemos medir el retraso en los tiempos de llegada, ", explicó el investigador principal Steve Rodney de la Universidad de Carolina del Sur en Columbia." Es el más distante de los tres, y el retraso previsto es extraordinariamente largo. Podremos volver y ver la llegada final, que predecimos será en 2037, más o menos un par de años ".

La luz que el Hubble capturó del cúmulo, MACS J0138.0-2155, tardó unos cuatro mil millones de años en llegar a la Tierra. La luz de Supernova Requiem necesitó aproximadamente 10 mil millones de años para su viaje, basado en la distancia de su galaxia anfitriona.

La predicción del equipo de la aparición de regreso de la supernova se basa en modelos informáticos del cúmulo, que describen los diversos caminos que sigue la luz de la supernova a través del laberinto de materia oscura grumosa en el agrupamiento galáctico. La materia oscura es un material invisible que comprende la mayor parte de la materia del universo y es el andamio sobre el que se construyen las galaxias y los cúmulos de galaxias.

Cada imagen ampliada toma una ruta diferente a través del cúmulo y llega a la Tierra en un momento diferente, vencer, en parte, a las diferencias en la longitud de los caminos que siguió la luz de la supernova.

"Siempre que pasa algo de luz cerca de un objeto muy masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, la deformación del espacio-tiempo que la teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que está presente para cualquier masa, retrasa el viaje de la luz alrededor de esa masa, "Dijo Rodney.

Compara las diversas trayectorias de luz de la supernova con varios trenes que salen de una estación al mismo tiempo, todos viajando a la misma velocidad y con destino al mismo lugar. Cada tren sin embargo, toma una ruta diferente, y la distancia para cada ruta no es la misma. Debido a que los trenes viajan por vías de diferentes longitudes a través de diferentes terrenos, no llegan a su destino al mismo tiempo.

Además, la imagen de la supernova con lente que se predice que aparecerá en 2037 está rezagada con respecto a las otras imágenes de la misma supernova porque su luz viaja directamente a través del centro del cúmulo, donde reside la cantidad más densa de materia oscura. La inmensa masa del cúmulo dobla la luz, produciendo el retraso de tiempo más largo. "Este es el último en llegar porque es como el tren que tiene que adentrarse en un valle y volver a salir. Ese es el tipo de viaje más lento para la luz, "Explicó Rodney.

Las imágenes de supernova con lentes fueron descubiertas en 2019 por Gabe Brammer, un coautor del estudio en el Cosmic Dawn Center del Niels Bohr Institute, Universidad de Copenhague, en Dinamarca. Brammer detectó las imágenes de supernovas reflejadas mientras analizaba galaxias distantes magnificadas por cúmulos masivos de galaxias en primer plano como parte de un programa en curso del Hubble llamado REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Estaba comparando nuevos datos REQUIEM de 2019 con imágenes de archivo tomadas en 2016 de un programa científico diferente del Hubble. Un pequeño objeto rojo en los datos de 2016 llamó su atención, que inicialmente pensó que era una galaxia lejana. Pero había desaparecido en las imágenes de 2019.

"Pero entonces, en una inspección más detallada de los datos de 2016, Noté que en realidad había tres objetos ampliados, dos rojos y uno morado, ", explicó." Cada uno de los tres objetos se emparejó con una imagen con lente de una galaxia masiva distante. Inmediatamente me sugirió que no era una galaxia distante, sino en realidad una fuente transitoria en este sistema que se había desvanecido de la vista en las imágenes de 2019 como una bombilla que se había apagado ".

Brammer se asoció con Rodney para realizar un análisis más detallado del sistema. Las imágenes de supernova con lentes están dispuestas en un arco alrededor del núcleo del cúmulo. Aparecen como pequeños puntos cerca de las características manchadas de naranja que se cree que son instantáneas ampliadas de la galaxia anfitriona de la supernova.

El coautor del estudio, Johan Richard, de la Universidad de Lyon en Francia, produjo un mapa de la cantidad de materia oscura en el cúmulo. inferido de la lente que produce. El mapa muestra las ubicaciones previstas de los objetos con lentes. Se predice que esta supernova volverá a aparecer en 2042, pero será tan tenue que el equipo de investigación cree que no será visible.

La captura de la repetición del evento explosivo ayudará a los astrónomos a medir los retrasos entre las cuatro imágenes de supernova. lo que ofrecerá pistas sobre el tipo de terreno de espacio deformado que la luz de la estrella explotada tuvo que cubrir. Armado con esas medidas, los investigadores pueden ajustar los modelos que mapean la masa del cúmulo. El desarrollo de mapas precisos de materia oscura de cúmulos masivos de galaxias es otra forma de que los astrónomos midan la tasa de expansión del universo e investiguen la naturaleza de la energía oscura. una forma misteriosa de energía que trabaja contra la gravedad y hace que el cosmos se expanda a un ritmo más rápido.

Este método de retardo de tiempo es valioso porque es una forma más directa de medir la tasa de expansión del universo, Rodney explicó. "Estos retrasos prolongados son particularmente valiosos porque puede obtener un buen medición precisa de ese retraso de tiempo si solo tiene paciencia y espera años, en este caso más de una década, para que vuelva la imagen final, ", dijo." Es un camino completamente independiente para calcular la tasa de expansión del universo. El valor real en el futuro será utilizar una muestra más grande de estos para mejorar la precisión ".

Detectar imágenes de supernovas con lentes será cada vez más común en los próximos 20 años con el lanzamiento del telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el inicio de operaciones en el Observatorio Vera C. Rubin. Ambos telescopios observarán grandes franjas del cielo, lo que les permitirá detectar docenas de supernovas con imágenes múltiples.

Los telescopios futuros, como el telescopio espacial James Webb de la NASA, también podrían detectar la luz de la supernova Requiem en otras épocas de la explosión. Los resultados del equipo aparecerán el 13 de septiembre en la revista Astronomía de la naturaleza.