¿Se puede medir la masa de una galaxia?: la ciencia tiene la respuesta

Un equipo de investigadores del Instituto de Física del Laboratorio de Astrofísica en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), de Suiza, encontró una manera de utilizar el fenómeno de la lente gravitacional fuerte para determinar con precisión (aproximadamente 3 veces más exacto que cualquier otra técnica) la masa de una galaxia que contiene un cuásar, es decir una manifestación luminosa de un agujero negro supermasivo que se ubica en el centro de una galaxia, así como su evolución en tiempo cósmico.

Según señalaron, conocer este dato proporciona información sobre la evolución de las galaxias en el universo primitivo. Incluso, es el punto de partida para construir escenarios sobre cómo se produce la formación de nuevas y el desarrollo de agujeros negros. Los resultados se publicaron en Nature Astronomy.

“La precisión y la exactitud sin precedentes logradas con lentes gravitacionales brindan una nueva vía para obtener estimaciones sólidas de masa en el Universo distante, donde las técnicas convencionales carecen de precisión y son susceptibles a sesgos. Las masas de las galaxias anfitrionas se han medido en el pasado, pero gracias a las lentes gravitacionales, esta es la primera vez que la medición es tan precisa en el Universo distante”, indicó el astrofísico de la EPFL Frédéric Courbin, autor principal del estudio.

Un cuásar es una manifestación luminosa de un agujero negro supermasivo que acumula materia circundante, asentándose en el centro de una galaxia anfitriona. En general, es difícil medir qué tan pesada es porque los cuásares son objetos muy distantes y también porque son tan brillantes que eclipsan cualquier cosa que se encuentre a su alrededor. Sin embargo, la lente gravitatoria permite calcular la masa del objeto de la lente.

Gracias a la teoría de la gravitación de Albert Einstein, se sabe cómo los objetos masivos en el primer plano del cielo nocturno pueden desviar la luz que proviene de los objetos de fondo. El resultado son extraños anillos de luz, que en realidad son distorsiones de la iluminación del objeto de fondo por la lente gravitatoria. Y fue hace más de una década cuando Courbin, que iba en bicicleta al Observatorio Sauverny, se dio cuenta de que podía combinar los dos, cuásares y lentes gravitacionales, para medir la masa de la galaxia anfitriona de un cuásar. Para ello, tuvo que encontrar un cuásar en una galaxia que también actúe como lente gravitacional.

Tras las claves de la hipótesis

La base de datos Sloan Digital Sky Survey (SDSS) era un gran lugar para buscar candidatos a cuásares de lentes gravitacionales, pero para estar seguro Courbin tenía que ver los anillos de lentes. En 2010, él y sus colegas destinaron tiempo en el telescopio espacial Hubble para observar 4 candidatos, de los cuales 3 mostraban lentes.

De ellos, uno destacaba por sus característicos anillos de lentes gravitacionales: SDSS J0919+2720. Su imagen HST mostraba dos objetos brillantes en primer plano y cada uno de los cuales actuaba como una lente gravitatoria. “Probablemente dos galaxias en proceso de fusión”, explicó Courbin.

Uno es un cuásar brillante, dentro de una galaxia anfitriona demasiado tenue para ser observada. El otro es otra galaxia, la principal lente gravitacional. Mientras que un objeto de luz débil es una galaxia compañera y los anillos característicos son luz deformada procedente de una galaxia de fondo.

Al analizar cuidadosamente esos anillos, fue posible determinar la masa de los dos objetos brillantes. Desenredar las masas de los diversos objetos hubiera sido imposible sin el reciente desarrollo de una técnica de modelado de lentes basada en ondículas por parte del coautor Aymeric Galan, actualmente en la Universidad Técnica de Münich (TUM).

“Uno de los mayores desafíos de la astrofísica es comprender cómo se forma un agujero negro supermasivo. Conocer su masa, cómo se compara con su galaxia anfitriona y cómo evoluciona a través de los tiempos cósmicos, es lo que nos permite descartar o validar ciertas teorías de formación” explicó Galán.

”En el Universo local, observamos que las galaxias más masivas también albergan los agujeros negros más masivos en su centro. Esto podría sugerir que el crecimiento de ellas está regulado por la cantidad de energía radiada por su agujero negro central e inyectada en la galaxia. Sin embargo, para probar esta teoría, todavía necesitamos estudiar estas interacciones no solo localmente sino también en el Universo distante”, explica Martin Millon, autor principal del estudio y actualmente en la Universidad de Stanford en una subvención SNF.

Los eventos de lentes gravitacionales son muy raros, con una galaxia entre mil revelando el fenómeno. Dado que los cuásares se ven en aproximadamente una de cada mil galaxias, un cuásar que actúa como lente es uno en un millón.

(Con información de Europa Press)

Seguir leyendo