Un equipo de investigadores de la EPFL ha encontrado una manera de utilizar el fenómeno de las lentes gravitatorias fuertes para determinar con precisión, unas tres veces más precisa que cualquier otra técnica, la masa de una galaxia que contiene un cuásar, así como su evolución en el tiempo cósmico. . Conocer la masa de las galaxias anfitrionas del cuásar proporciona información sobre la evolución de las galaxias en el universo primitivo, para construir escenarios de formación de galaxias y desarrollo de agujeros negros. Los resultados se publican 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», dice el astrofísico de la EPFL Frédéric Courbin, autor principal del estudio.
«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», explica Martin Millon, autor principal del estudio y actualmente en la Universidad de Stanford. en una subvención SNF.
Combinación de lentes gravitacionales y cuásares
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 la galaxia anfitriona de un cuásar porque los cuásares son objetos muy distantes y también porque son tan brillantes que eclipsan cualquier cosa que se encuentre cerca.
La lente gravitatoria nos permite calcular la masa del objeto de la lente. Gracias a la teoría de la gravitación de Einstein, sabemos cómo los objetos masivos en el primer plano del cielo nocturno, la lente gravitacional, pueden desviar la luz que proviene de los objetos del fondo. Los extraños anillos de luz resultantes son en realidad distorsiones de la luz del objeto de fondo por la lente gravitatoria.
Courbin iba en bicicleta al Observatorio Sauverny, hace más de una década, cuando se dio cuenta de que podía combinar los dos quásares y las lentes gravitacionales para medir la masa de la galaxia anfitriona de un quásar. Para ello, tuvo que encontrar un cuásar en una galaxia que también actúe como lente gravitacional.
Un puñado de cuásares de lentes gravitacionales observados hasta ahora
La base de datos Sloan Digital Sky Survey (SDSS) era un gran lugar para buscar candidatos a cuásares de lentes gravitacionales, pero para estar seguros, Courbin tenía que ver los anillos de lentes. En 2010, él y sus colegas encargaron tiempo en el telescopio espacial Hubble para observar cuatro candidatos, de los cuales tres mostraban lentes. De los tres, uno destacaba por sus característicos anillos de lentes gravitacionales: SDSS J0919+2720.
La imagen HST de SDSS J0919+2720 que se ve aquí muestra dos objetos brillantes en primer plano, cada uno de los cuales actúa como una lente gravitatoria, «probablemente dos galaxias en proceso de fusión», explica Courbin. El de la izquierda es un cuásar brillante, dentro de una galaxia anfitriona demasiado tenue para ser observada. El objeto brillante de la derecha es otra galaxia, la principal lente gravitatoria. Un objeto débil en el extremo izquierdo es una galaxia compañera. Los anillos característicos son luz deformada procedente de una galaxia de fondo.
Modelado de lentes computacionales al rescate
Al analizar cuidadosamente los anillos con lentes gravitacionales en SDSS J0919+2720, es posible determinar la masa de los dos objetos brillantes… en principio. 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), también con una beca SNF.
“Uno de los mayores desafíos de la astrofísica es comprender cómo se forma un agujero negro supermasivo”, explica Galán. «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».
«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 las galaxias 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 Millon.
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. Los científicos esperan detectar cientos de estos cuásares de lente con la misión Euclid de ESA-NASA, que se lanzará este verano con un cohete Falcon-9 SpaceX.
Con información de Nature
