Un cuarteto explosivo.

Hubble ve múltiples imágenes de una supernova por primera vez.

Imagen del cúmulo de galaxias  MACS J1149.

Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA han descubierto, por primera vez, cuatro imágenes de una estrella explosiva distante. Las imágenes están dispuestas en forma de cruz por la poderosa gravedad de una galaxia en primer plano incrustada en un enorme cúmulo de galaxias. El documento del descubrimiento de la supernova aparecerá el 6 de marzo de 2015 en un número especial de Science que celebra el centenario de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, artículo científico.

Si bien observamos de cerca a una galaxia elíptica masiva y su cúmulo de galaxias asociado MACS J1149 + 2223, cuya luz tardó más de 5 mil millones de años en alcanzarnos, los astrónomos han descubierto una visión extraña y rara. La gran masa de la galaxia y el cúmulo está doblando la luz de una supernova mucho más distante detrás de ellos y creando cuatro imágenes separadas de la misma. La luz se ha magnificado y distorsionado debido a la lente gravitacional [1] y, como resultado, las imágenes se disponen alrededor de la galaxia elíptica en una formación conocida como cruz de Einstein. Aunque los astrónomos han descubierto docenas de galaxias y cuásares de imágenes múltiples, nunca antes habían visto múltiples imágenes de una explosión estelar.

"Realmente me dio vueltas cuando vi las cuatro imágenes que rodeaban la galaxia: fue una completa sorpresa", dijo Patrick Kelly de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, miembro de Grism Lens Amplified Survey from Space (GLASS) colaboración y autor principal en el documento de descubrimiento de supernova. Descubrió la supernova durante una búsqueda rutinaria de los datos del equipo GLASS, descubriendo lo que el grupo GLASS y el equipo Supernova Fields Supernova han estado buscando desde 2013 [2]. Los equipos ahora trabajan juntos para analizar las imágenes de la supernova, cuya luz tardó más de 9 mil millones de años en llegar a nosotros [3].

Esta imagen muestra cuatro imágenes diferentes de la misma supernova cuya luz ha sido distorsionada y magnificada por el enorme cúmulo de galaxias MACS J1149 + 2223 en frente de ella. La gran masa del cúmulo y una de las galaxias dentro de él dobla la luz de una supernova detrás de ellos y crea cuatro imágenes separadas de la supernova. La luz se ha magnificado y distorsionado debido a la lente gravitacional y, como resultado, las imágenes están dispuestas alrededor de la galaxia elíptica en una formación conocida como una cruz de Einstein.
Para el no iniciado en estas lides los cuatros puntos amarillos son la supernova en forma de cruz que rodea a la galaxia.*

"La supernova aparece aproximadamente 20 veces más brillante que su brillo natural", explica el coautor del artículo, Jens Hjorth, del Centro de Cosmología Oscura de Dinamarca. "Esto se debe a los efectos combinados de dos lentes superpuestas. El cúmulo de galaxias masivas enfoca la luz de supernova a lo largo de al menos tres trayectorias separadas, y cuando una de esas trayectorias de luz se alinea con precisión con una sola galaxia elíptica dentro del cúmulo, se produce un efecto de lente secundario. "La materia oscura asociada con el la galaxia elíptica flexiona y vuelve a enfocar la luz en cuatro trayectorias más, generando el raro patrón cruzado de Einstein que observó el equipo.

Esta observación única ayudará a los astrónomos a refinar sus estimaciones de la cantidad y distribución de materia oscura en la galaxia y el cúmulo de lentes. Hay más materia oscura en el Universo que materia visible, pero es extremadamente elusiva y solo se sabe que existe a través de sus efectos gravitacionales en el Universo visible, por lo que los efectos de lente de un cúmulo de galaxias o galaxias son una gran pista de la cantidad de materia oscura que contiene.

En el recuadro se puede observar la cruz de Einstein debido a la lente gravitatoria
del enorme cúmulo de galaxias.

Cuando las cuatro imágenes de supernova se desvanezcan a medida que la explosión se agota, los astrónomos tendrán una rara oportunidad de volver a repetir la explosión. Las imágenes de supernova no llegan a la Tierra al mismo tiempo porque, para cada imagen producida, la luz toma una ruta diferente. Cada ruta tiene un diseño de materia diferente, tanto oscuro como visible, a lo largo de su camino. esto causa dobleces en el camino, por lo que para algunas rutas la luz tarda más en llegar a nosotros que en otras. Los astrónomos pueden usar su modelo de la cantidad de materia oscura en el cúmulo, y dónde está, para predecir cuándo aparecerá la siguiente imagen y utilizar los retardos de tiempo que observan para hacer que los modelos de masa sean aún más precisos [4].

"Las cuatro imágenes de supernova capturadas por Hubble aparecieron a los pocos días o semanas de diferencia y las encontramos después de que aparecieron", explica Steve Rodney de Johns Hopkins University, EE. UU., Líder del equipo Frontier Fields Supernova. "Pero creemos que la supernova puede haber aparecido en una sola imagen hace unos 20 años en otro lugar en el campo de clúster, y, lo que es más emocionante, se espera que reaparezca una vez más en los próximos uno o cinco años, y en ese momento esperamos para atraparlo en acción ".

Esta ilustración muestra cómo cuatro imágenes diferentes de la misma
supernova fueron creadas cuando su luz fue distorsionada y magnificada
por el enorme cúmulo de galaxias MACS J1149 + 2223 frente a ella.
La luz se ha magnificado y distorsionado debido a la lente gravitacional y,
como resultado, las imágenes están dispuestas alrededor de la galaxia elíptica
en una formación conocida como una cruz de Einstein. El cúmulo de galaxias
masivas enfoca la luz de supernova a lo largo de al menos tres trayectorias
separadas, y cuando una de esas trayectorias de luz se alinea con precisión
con una sola galaxia elíptica dentro del cúmulo, se produce un efecto
de lente secundario. La materia oscura asociada con la galaxia elíptica
se dobla y vuelve a enfocar la luz en cuatro trayectorias más,
generando el raro patrón cruzado de Einstein que observó el equipo.
Crédito: NASA, ESA

La supernova ha sido apodada Refsdal en honor al astrónomo noruego Sjur Refsdal, quien, en 1964, propuso por primera vez el uso de imágenes retardadas desde una supernova con lente para estudiar la expansión del Universo. "Los astrónomos han estado buscando uno desde entonces", dijo Tommaso Treu de la Universidad de California en Los Ángeles, EE. UU., Investigador principal del proyecto GLASS. "¡Y ahora la larga espera ha terminado!"

Notas.

[1] Las lentes gravitacionales fueron predichas por primera vez por Albert Einstein. Este efecto es similar a una luz de flexión de lente de vidrio para magnificar y distorsionar la imagen de un objeto detrás de ella.

[2] The Frontier Fields es un programa de tres años que utiliza el Hubble para observar seis cúmulos de galaxias masivas para sondear no solo lo que está dentro de los cúmulos sino también lo que está más allá de ellos a través de lentes gravitacionales. La encuesta GLASS utiliza las capacidades de Hubble para estudiar galaxias remotas usando diez cúmulos de galaxias masivas como lentes gravitacionales, incluidos los seis en los campos de frontera.

[3] El equipo utilizó el Observatorio W. M. Keck en Mauna Kea, en Hawai, para medir el desplazamiento al rojo de la galaxia anfitriona de la supernova, que es un indicador de su distancia.

[4] La medición de los retrasos de tiempo entre las imágenes ofrece pistas sobre el tipo de terreno de espacio combado que la luz de la supernova debía cubrir y ayudará a los astrónomos a afinar los modelos que trazan la masa del cúmulo.

Notas para editores
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

El equipo internacional de astrónomos en este estudio consiste en P. Kelly (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.); S. Rodney (Universidad Johns Hopkins, EE. UU.); T. Treu (Universidad de California, Los Angeles, EE. UU.); R. Foley (Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, EE. UU.); G. Brammer (Space Telescope Science Institute, EE. UU.); K. Schmidt (Universidad de California, Santa Barbara, EE. UU.); A. Zitrin (Instituto de Tecnología de California, EE. UU.); A. Sonnenfeld (Universidad de California, Los Angeles, EE. UU.); L. Strolger (Space Telescope Science Institute, EE. UU. Y Western Kentucky University, EE. UU.); O. Graur (Universidad de Nueva York, EE. UU.), A. Filippenko (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.), S. Jha (Rutgers, EE. UU.); A. Riess (Universidad Johns Hopkins, EE. UU. Y Space Telescope Science Institute, EE. UU.); M. Bradac (Universidad de California, Davis, EE. UU.), B. Weiner (Steward Observatory, EE. UU.); D. Scolnic (Universidad Johns Hopkins, EE. UU.); M. Malkan (Universidad de California, Los Angeles, EE. UU.); A. von der Linden (Centro de Cosmología Oscura, Dinamarca); M. Trenti (Universidad de Melbourne, Australia); J. Hjorth (Centro de Cosmología Oscura, Dinamarca); R. Gavazzi (Institut d'Astrophysique de Paris, Francia); A. Fontana (INAF-OAR, Italia); J. Merten (Instituto de Tecnología de California, EE. UU.); C. McCully (Universidad de California, Santa Bárbara, EE. UU.); T. Jones (Universidad de California, Santa Bárbara, EE. UU.); M. Postman (Space Telescope Science Institute, EE. UU.); A. Dressler (Observatorios Carnegie, EE. UU.), B. Patel (Rutgers, EE. UU.), S. Cenko (NASA / Goddard Space Flight Center, EE. UU.); M. Graham (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.); y Bradley E. Tucker (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.).

Más información

Crédito de la imagen: 

NASA, ESA, S. Rodney (Universidad John Hopkins, EE. UU.) Y el equipo de FrontierSN; T. Treu (Universidad de California, Los Ángeles, EE. UU.), P. Kelly (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.) Y el equipo de GLASS; J. Lotz (STScI) y el equipo de Frontier Fields; M. Postman (STScI) y el equipo de CLASH; y Z. Levay (STScI).


Enlaces de interés.
• The Grism Lens Amplified Survey from Space (GLASS) collaboration.
• Frontier Fields.
• Publicación de la NASA.
• Artículo científico.
• Artículo científico en arXiv.

Contactos.
Patrick Kelly
University of California
Berkeley, USA
Tel: + 1 510 859 8370
Email: pkelly@astro.berkeley.edu

Jens Hjorth
Dark Cosmology Centre
Copenhagen, Denmark
Email: jens@dark-cosmology.dk

Steve Rodney
Johns Hopkins University
Baltimore, USA
Email: rodney@jhu.edu

Tommaso Treu
University of California
Los Angeles, USA
Email: tt@astro.ucla.edu

Georgia Bladon
ESA/Hubble, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Cell: +44 7816291261

Email: gbladon@partner.eso.org

• Publicado en Hubble el 5 de marzo del 2.015.