Los quásares son objetos celestes extraordinariamente distantes que emiten una gran cantidad de luz, y los astrofísicos los utilizan para sondear teorías cosmológicas.

En algunos casos, Los astrofísicos los han utilizado para estimar la velocidad a la que se expande el universo, llamada la constante de Hubble.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan y el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai están sugiriendo una nueva forma de usarlos para medir la expansión del universo directamente. Proponen un método llamado motas de correlación de intensidad para medir la diferencia entre el corrimiento al rojo, en el que la luz se estira a medida que viaja a través de un universo en expansión, provocando que su longitud de onda se alargue, en dos trayectorias de luz del mismo quásar. El método del equipo fue publicado en la revista Revisión física A .

Cuando un cúmulo de galaxias masivo se encuentra entre la Tierra y un quásar dado, la luz del mismo cuásar puede viajar directamente hacia nosotros o doblarse alrededor del cúmulo de galaxias debido al efecto de la gravedad del cúmulo. La luz que se dobla alrededor de los cúmulos puede llegar hasta 100 años después de la luz que viaja a la Tierra en línea recta. Esto puede hacer que un cuásar se convierta en lo que se llama lente fuerte:para nuestros ojos, lo que parecen cuatro cuásares es en realidad un cuásar cuya luz es refractada hacia nosotros por la atracción gravitacional de los cúmulos de galaxias en primer plano.

Teóricamente Los físicos podrían medir el corrimiento al rojo de la luz que viaja en una trayectoria curva a la Tierra desde un solo quásar y compararlo con el corrimiento al rojo de la luz que viaja a la Tierra por un camino diferente. Sin embargo, aunque se ha determinado la demora de tiempo para un pequeño número de quásares midiendo la variación de tiempo en sus colores, midiendo directamente el pequeño corrimiento al rojo entre los dos caminos, correspondiente a una pequeña expansión del universo durante una década más o menos, no ha sido posible hasta ahora.

"El corrimiento al rojo de estas diferentes imágenes se retrasa, y en esa demora, el universo se ha expandido. Medir esto no se puede hacer con espectrógrafos ordinarios, donde mides la longitud de onda de la luz con mucha precisión para dos líneas poco espaciadas. La razón por la que no se puede hacer es porque la fuente de luz contiene todo tipo de átomos que se mueven aleatoriamente y emiten radiación con desplazamiento Doppler. "dijo el físico de la UM Gregory Tarlé.

Esta colección de cambios Doppler, llamado ensanchamiento Doppler, hace que las frecuencias de luz se extiendan dentro de la misma imagen hasta el punto que es difícil obtener una medición precisa del corrimiento al rojo promedio de una imagen de cuásar.

"El proyecto surgió de una idea que tuve durante un tiempo, que es medir la expansión del universo directamente. El problema es que no tenemos un espectrógrafo que pueda medir el pequeño corrimiento al rojo del universo que ocurre en 100 años, ", dijo el teórico de la cosmología de la Universidad de Hawai, Istvan Szapudi." Tal medida nos diría directamente cuánto se expandió el universo en 10 años, eventualmente determinando la constante de Hubble, el actual santo grial de la cosmología ".

Tarlé y Szapudi se acercaron al físico óptico de la U-M Robert Merlin, quien sugirió usar un método de la física óptica llamado correlación de intensidad. Este método tiene en cuenta la colección de frecuencias de esta luz ampliada por Doppler y comprime las frecuencias en una línea promedio. Tarlé lo compara también con la armonía que se escucha cuando se golpean dos diapasones muy similares, o cuando dos cuerdas muy afinadas se tocan juntas en una guitarra de 12 cuerdas.

El efecto Doppler a menudo se describe como el sonido de una ambulancia cuando pasa junto a usted. Merlín compara su método con un grupo de ambulancias que viajan hacia el norte y un grupo de ambulancias que viajan hacia el sur. En la cacofonía del sonido producido por la manada de ambulancias, se oía una sola nota vibrante.

"En estos dos grupos, Estoy tratando de medir la frecuencia de sonido promedio y estos dos grupos tienen casi el mismo promedio:las diferencias son tan pequeñas, ", Dijo Merlín." Pero este método mide la diferencia del promedio con mucha precisión ".

Aplicando este enfoque a la luz de los quásares, la luz que se desvía hacia la Tierra a lo largo de un camino tiene una frecuencia promedio, y la luz que se desvía a lo largo de otro camino tiene otra frecuencia media. El método de Merlin mide la diferencia entre esos dos promedios. Si encuentra que un camino de luz está viajando, por ejemplo, a 50 millas por hora, y un tiempo después viaja a 52 millas por hora, los físicos pueden idear la aceleración del quásar.

"Nuestro efecto aprovecha el hecho de que el Doppler y otras formas de ensanchamiento tienen poco efecto sobre la diferencia relativa entre los colores de la luz emitida por los átomos si los colores no ensanchados son muy similares, "dijo Noah Green, estudiante de posgrado en física de la UM y coautor de un artículo. "Es como si cada una de nuestras ambulancias tuviera dos claxon tocando lanzamientos musicalmente muy juntos, y de la cacofonía podemos averiguar qué tan separados están esos tonos ".

En principio, los investigadores dicen, si pueden medir la aceleración de muchos cientos de quásares, a diferentes corrimientos al rojo, pueden medir la aceleración del universo.

El nuevo método es equivalente a la espectroscopia de ultra alta resolución, dice Szapudi. No solo podría permitir la medición directa de la expansión del universo por primera vez, pero puede haber otras aplicaciones que los investigadores aún no hayan imaginado.

Tarlé dice que los próximos pasos para probar esta teoría serían desarrollar instrumentación que pudiera colocarse en grandes telescopios terrestres. Este instrumento mediría con precisión el tiempo de llegada de los fotones emitidos por quásares con lentes potentes para que los físicos pudieran determinar el corrimiento al rojo del quásar.

"Y si pudiéramos hacer eso, no solo podríamos medir la constante de Hubble directamente como una función del desplazamiento al rojo, también podríamos medir el impacto de la energía oscura en la aceleración del universo, ", Dijo Tarlé." Por eso es tan emocionante ".