Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), astrónomos han descubierto el primer "zig-zag de Einstein", una imagen de un cuásar repetida seis veces en una sola imagen.
Este sistema, designado J1721+8842, está compuesto por un cuásar, que es un núcleo galáctico extremadamente luminoso, rodeado por dos galaxias muy separadas, pero perfectamente alineadas. Este avistamiento no solo es increíblemente raro, sino que marca un ejemplo fascinante de un curioso fenómeno de curvatura del espacio-tiempo introducido en la teoría de la gravedad de Albert Einstein, la relatividad general, sino que el zig-zag J1721+8842 también tiene un poder que las lentes gravitacionales estándar no tienen.
Según sus descubridores, que publican resultados en arXiv, el primer zig-zag de Einstein puede ayudar a los científicos a abordar dos de los mayores misterios de la cosmología. El primer misterio se refiere a la naturaleza de la energía oscura, o la fuerza que impulsa la expansión acelerada del universo y que representa alrededor del 70% del presupuesto de energía y materia cósmicas, y el segundo tiene que ver con una disparidad que los científicos encuentran al medir el valor de la velocidad de expansión del universo: la constante de Hubble.
"Estoy emocionado, no solo porque se trata de un fenómeno natural fascinante, sino también porque este sistema es increíblemente prometedor para medir parámetros cosmológicos", dijo a Space.com Martin Millon, miembro del equipo de descubrimiento y cosmólogo de la Universidad de Stanford. "Este sistema de lentes ofrece el potencial de imponer restricciones estrictas tanto a la constante de Hubble como a la ecuación de estado de la energía oscura, algo que generalmente no es posible".
La relatividad general afirma que los objetos con masa causan una curvatura en la estructura misma del espacio y el tiempo, unidos como una sola entidad llamada "espacio-tiempo". Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la "abolladura" que causa en el espacio-tiempo. Como la gravedad surge de esta curvatura, cuanto más masa tiene un objeto, mayor es su influencia gravitatoria.
El efecto de lente gravitacional se produce cuando la luz de una fuente de fondo pasa por delante de un cuerpo de gran tamaño en su camino hacia la Tierra y, por lo tanto, sigue la curvatura resultante en el espacio, lo que hace que su propio camino se curve. La luz de esta fuente de fondo toma diferentes caminos alrededor de una lente gravitacional, acercándose a la masa de lente a diferentes distancias y curvándose en diferentes cantidades. Esto significa que esta luz de la misma fuente de fondo puede llegar en diferentes momentos al mismo telescopio.
Como resultado, un solo cuerpo emisor de luz de fondo puede aparecer en varios lugares en una sola imagen. Estos objetos pueden formar disposiciones como anillos de Einstein, cruces de Einstein y, en este caso único actualmente, un zigzag de Einstein.
El JWST no fue en realidad el primer telescopio en detectar J1721+8842. El cuásar con efecto lente, que está compuesto más específicamente de gas y polvo brillante alrededor de un agujero negro supermasivo que se alimenta, fue descubierto por Cameron Lemon en 2017 utilizando el Telescopio de Sondeo Panorámico y Sistema de Respuesta Rápida (Pan-STARRS) ubicado en el Observatorio Haleakala en Hawái.
Al principio, el cuásar parecía estar rodeado por una lente de tan solo cuatro veces. Sin embargo, la sensibilidad del JWST ha revelado que, en realidad, dos galaxias están actuando como lentes sobre este cuásar distante seis veces, y que la galaxia más distante de esta disposición también está siendo afectada por la galaxia más cercana.
"Normalmente, las lentes gravitacionales creadas por una sola galaxia forman dos o cuatro imágenes de la fuente de fondo, dependiendo de la alineación. En este caso, hay una alineación excepcional entre dos galaxias y un cuásar de fondo, lo que forma una rara configuración de seis imágenes. Lo llamamos 'zigzag de Einstein' porque la trayectoria óptica de dos de las múltiples imágenes pasa por la primera galaxia en un lado antes de ser desviada por la segunda galaxia en el otro lado. Esta trayectoria óptica crea un patrón en zigzag entre las dos galaxias", explicó Millon.
El autor principal de la investigación y científico del Laboratorio de Astrofísica de la EPFL, Frédéric Dux, dijo a Space.com que esta es la primera vez que los científicos han encontrado una alineación tan perfecta entre tres cuerpos diferentes que crean una lente gravitacional.
"Normalmente, una lente gravitacional involucraría solo dos objetos, digamos una galaxia que actúa como lente y otra galaxia detrás, que actúa como fuente, cuya luz es desviada por la que está en primer plano", dijo Dux. "Por supuesto, hay muchos casos de lentes que ocurren debido a múltiples galaxias a la vez, como en las lentes de cúmulos de galaxias. En esos casos, los efectos de los diferentes deflectores se combinan de una manera débil. No encontrarías una sola galaxia que actúe como una lente perfecta por sí sola. La alineación simplemente no es lo suficientemente buena".