Utilizando
el instrumento MUSE,
instalado en el VLT de
ESO, un equipo dirigido por Thomas Collett, de la Universidad de Portsmouth
(Reino Unido) calculó primero la masa de ESO 325-G004 midiendo el movimiento de
las estrellas de esta galaxia
elíptica cercana.
Pero el equipo también pudo medir otro aspecto
de la gravedad. Usando el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA,
observaron un anillo de Einstein resultante
de la distorsión ejercida por ESO 325-G004 en la luz procedente de una galaxia
distante. Observando el anillo, los astrónomos pudieron medir cómo la luz (y,
por tanto, el espacio-tiempo),
se desvían por la enorme masa de ESO 325-G004.
La teoría
de la relatividad general de Einstein
predice que los objetos deforman el espacio-tiempo a su alrededor, haciendo que
cualquier luz que pase cerca sea desviada. El resultado es un fenómeno conocido
como lente
gravitacional. Este efecto sólo es perceptible con objetos
muy masivos. Se conocen unas cien lentes gravitacionales fuertes, pero la
mayoría están demasiado lejos como para poder medir con precisión su masa. Sin
embargo, la galaxia ESO 325-G004 es una de las lentes más cercanas, a apenas
450 millones de años luz de la Tierra.
Collett continúa: “Gracias a MUSE,
conocemos la masa de la galaxia en primer plano y, gracias a Hubble, hemos
medido la cantidad del efecto de lente gravitacional que vemos. Luego,
comparamos estas dos maneras de medir la fuerza de la gravedad y el resultado
es justo lo que predice la relatividad general con una incertidumbre de sólo un
nueve por ciento. Esta es la prueba más precisa de la relatividad general fuera
de la Vía Láctea realizada hasta la fecha. ¡Y utilizando una sola galaxia!”.
En 1998 se descubrió que el universo se expande
más rápido ahora que en el pasado [1]. Este sorprendente hallazgo no puede
explicarse a menos que el universo esté formado, en su mayor parte, de un
componente exótico llamado energía
oscura. Sin embargo, esta interpretación se basa en
que la teoría de la relatividad general debe ser la teoría de la gravedad
correcta también a escalas cosmológicas. La relatividad general ha sido puesta
a prueba con exquisita precisión a escalas del Sistema Solar, y algunas
investigaciones han estudiado estrellas en el centro de la Vía Láctea, pero
previamente no había pruebas precisas a escalas astronómicas más grandes.
Probar las propiedades de largo alcance de la gravedad es de vital importancia
para validar nuestro modelo cosmológico
actual.
Estos hallazgos pueden tener importantes
implicaciones para los modelos de gravedad alternativos
a la relatividad general, que también han sido
utilizados para explicar la expansión
acelerada del universo. Estas teorías alternativas
predicen que los efectos de la gravedad en la curvatura del espacio-tiempo
“dependen de la escala”. Esto significa que la gravedad debería comportarse de
manera diferente a escala de grandes distancias astronómicas con respecto a las
escalas más pequeñas del Sistema Solar. Collett y su equipo han descubierto que
es poco probable que esto sea así, a menos que estas diferencias sólo se
produzcan a escalas de distancias de más de 6000 años luz.
“El universo es un lugar increíble que nos
proporciona esas lentes que podemos usar como laboratorios”, añade
el miembro del equipo Bob Nichol, de la Universidad de Portsmouth. “Es
muy satisfactorio utilizar los mejores telescopios del mundo con el objetivo de
desafiar a Einstein y averiguar, al final, cuánta razón tenía”.
Notas
[1]
Desde 1929 se sabe que el universo se expande, pero en 1998 dos equipos de
astrónomos demostraron que el universo se expande más rápido ahora que en el
pasado. Este sorprendente descubrimiento ganó el Premio
Nobel de Física de 2011 y, desde entonces, ha tenido enormes
implicaciones en nuestra comprensión del universo.
Diagrama del efecto de lente gravitatoria en galaxias
distantes con formación estelar
Este
diagrama muestra cómo la luz de galaxias distantes se distorsiona por el efecto
gravitatorio de una galaxia más cercana a nosotros, que actúa como una lente y
hace que la fuente alejada aparezca distorsionada, pero más brillante, formando
característicos anillos de luz, conocidos como anillos de Einstein. Un análisis
de la distorsión ha revelado que algunas de las galaxias distantes con
formación estelar son tan brillantes como 40 millones de millones de Soles, y
han sido aumentadas por la lente gravitatoria más de 22 veces.
Crédito: ALMA
(ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.
Dos métodos para medir la masa de una galaxia
Esta infografía compara los dos métodos
utilizados para medir la masa de la galaxia ESO 325-G004. El primer método ha
utilizado el Very Large Telescope para medir las velocidades de las estrellas
de ESO 325-G004. El segundo método ha utilizado el Telescopio Espacial Hubble
para observar un anillo de Einstein causado por la luz de una galaxia de fondo
que ha sido doblada y distorsionada por ESO 325-G004. Comparando estos dos
métodos para medir la fuerza de la gravedad de ESO 325-G004, se ha determinado
que la teoría de la relatividad general de Einstein funciona a escala
extragaláctica — algo que no había sido probado previamente.
Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA
Cúmulo de galaxias Abell S0740
Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de
NASA/ESA, muestra la diversa colección de galaxias del cúmulo Abell S0740, que
está a más de 450 millones de años luz de distancia, en la dirección de la
constelación de Centaurus. La gigante galaxia elíptica ESO 325-G004 destaca en
el centro del cúmulo. Hubble resuelve miles de cúmulos globulares de estrellas
orbitando alrededor de ESO 325-G004. Los cúmulos globulares son grupos
compactos de cientos de miles de estrellas que están unidas por la gravedad. A
la distancia de la galaxia aparecen como puntos de luz contenidos en el halo
difuso. Esta imagen fue creada combinando observaciones científicas del Hubble,
tomadas en enero de 2005, con las observaciones del programa Legado del Hubble,
tomadas un año más tarde para formar una composición en 3 colores. Se
utilizaron los filtros que aíslan la luz azul, roja e infrarroja con la cámara
para sondeos Advanced Camera for Surveys a
bordo del Hubble.
