Crédito de imagen: SDSS
La lente gravitacional ocurre cuando la luz de un objeto distante, como un quásar, se distorsiona por la gravedad de un objeto más cercano. Los astrónomos han descubierto una lente de este tipo, donde las distorsiones son tan grandes que tienen que ser causadas por una cantidad significativa de materia oscura: el material visible por sí solo no podría ser responsable. La materia oscura se predice por su influencia gravitacional en las galaxias y las estrellas del Universo, pero hasta ahora, los astrónomos no están realmente seguros de qué es; si se trata solo de una materia regular que hace demasiado frío para ser vista desde la Tierra, o de algún tipo de partícula exótica.
Los científicos del Sloan Digital Sky Survey han descubierto un cuásar con lente gravitacional con la mayor separación jamás registrada y, contrariamente a lo esperado, descubrieron que cuatro de los quásares más distantes y luminosos conocidos no tienen lente gravitacional.
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein predice que la atracción gravitacional de un cuerpo masivo puede actuar como una lente, doblando y distorsionando la luz de un objeto distante. Una estructura masiva en algún lugar entre un cuásar distante y la Tierra puede "captar" la luz de un cuásar, haciendo que la imagen sea mucho más brillante y produciendo varias imágenes de un objeto.
En un artículo publicado en la edición del 18/25 de diciembre de la revista NATURE, un equipo de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dirigido por los estudiantes graduados de la Universidad de Tokio Naohisa Inada y Masamune Oguri informan que cuatro cuásares muy cercanos son, de hecho, la luz de un quásar dividido en cuatro imágenes por lentes gravitacionales.
Se han descubierto más de 80 cuásares con lentes gravitacionales desde que se encontró el primer ejemplo en 1979. Una docena de los cuásares con lentes catalogados son descubrimientos de SDSS, de los cuales la mitad son el resultado del trabajo de Inada y su equipo.
Pero lo que hace que este último hallazgo sea tan dramático es que la separación entre las cuatro imágenes es dos veces mayor que la de cualquier cuásar con lente gravitacional previamente conocido. Hasta el descubrimiento de este cuásar de lente cuádruple, la separación más grande conocida en un cuásar de lente gravitacional fue de 7 segundos de arco. El cuásar encontrado por el equipo de SDSS se encuentra en la constelación de Leo Minor; consta de cuatro imágenes separadas por 14,62 segundos de arco.
Para producir una separación tan grande, la concentración de materia que da lugar a la lente tiene que ser particularmente alta. Hay un grupo de galaxias en primer plano de esta lente gravitacional; La materia oscura asociada con el cúmulo debe ser responsable de la gran separación sin precedentes.
"Observaciones adicionales obtenidas en el telescopio Subaru de 8.2 metros y el telescopio Keck confirmaron que este sistema es de hecho una lente gravitacional", explica Inada. "Se predice que los cuásares se dividen tanto por lentes gravitacionales que son muy raros y, por lo tanto, solo se pueden descubrir en encuestas muy grandes como el SDSS".
Oguri agregó: “Descubrir una lente gravitacional tan amplia de más de 30,000 cuásares SDSS encuestados hasta la fecha es perfectamente consistente con las expectativas teóricas de los modelos en los que el universo está dominado por la materia oscura fría. Esto ofrece pruebas sólidas adicionales para tales modelos ". (La materia oscura fría, a diferencia de la materia oscura caliente, forma grumos apretados, del tipo que causa este tipo de lente gravitacional).
"La lente gravitacional que hemos descubierto proporcionará un laboratorio ideal para explorar la relación entre los objetos visibles y la materia oscura invisible en el universo", explicó Oguri.
En un segundo artículo que se publicará en el Astronomical Journal en marzo de 2004, un equipo dirigido por Gordon Richards de la Universidad de Princeton utilizó la alta resolución del Telescopio Espacial Hubble para examinar cuatro de los cuásares más distantes conocidos descubiertos por SDSS en busca de signos de lentes gravitacionales .
Mirar a grandes distancias en astronomía es mirar atrás en el tiempo. Estos cuásares se ven en un momento en que el universo tenía menos del 10 por ciento de su edad actual. Estos cuásares son tremendamente luminosos y se cree que están alimentados por enormes agujeros negros con masas varios miles de millones de veces mayores que las del Sol. Los investigadores dijeron que es un verdadero misterio cómo se podrían haber formado agujeros negros tan masivos tan temprano en el universo. Sin embargo, si estos objetos tienen lentes gravitacionales, los investigadores de SDSS inferirían luminosidades sustancialmente más pequeñas y, por lo tanto, masas de agujeros negros, lo que facilitaría la explicación de su formación.
“Cuanto más distante es un cuásar, más probable es que una galaxia se encuentre entre él y el espectador. Esta es la razón por la que esperábamos que los quásares más distantes fueran filmados ”, explicó el investigador de SDSS Xiaohui Fan de la Universidad de Arizona. Sin embargo, contrario a las expectativas, ninguno de los cuatro muestra signos de imágenes múltiples que es el sello distintivo de la lente.
“Solo una pequeña fracción de los cuásares tiene lentes gravitacionales. Sin embargo, los cuásares tan brillantes son muy raros en el universo distante. Dado que las lentes hacen que los cuásares se vean más brillantes y, por lo tanto, más fáciles de detectar, esperábamos que nuestros quásares distantes fueran los más propensos a ser lentes ", sugirió el miembro del equipo Zoltan Haiman de la Universidad de Columbia.
"El hecho de que estos quásares no tengan lentes dice que los astrónomos deben tomar en serio la idea de que unos cuantos miles de millones de veces la masa del Sol se formó menos de mil millones de años después del Big Bang", dijo Richards. "Ahora estamos buscando más ejemplos de cuásares de alto desplazamiento al rojo en el SDSS para dar a los teóricos aún más agujeros negros supermasivos para explicar".
Fuente original: Comunicado de prensa de SDSS
