La medición de la constante de Hubble, la velocidad a la que se expande el universo, es un área de investigación activa entre los astrónomos de todo el mundo que analizan datos de observatorios terrestres y espaciales. El telescopio espacial James Webb de la NASA ya ha contribuido a este debate en curso. A principios de este año, los astrónomos utilizaron datos del Webb que contenían variables cefeidas y supernovas de tipo Ia, marcadores de distancia fiables para medir la velocidad de expansión del universo, para confirmar las mediciones anteriores del telescopio espacial Hubble de la NASA.
Ahora, los investigadores están utilizando un método de medición independiente para mejorar aún más la precisión de la constante de Hubble: las supernovas con efecto de lente gravitacional. Brenda Frye, de la Universidad de Arizona, junto con un equipo de muchos investigadores de diferentes instituciones de todo el mundo, está liderando este esfuerzo después del descubrimiento del Webb de tres puntos de luz en la dirección de un cúmulo de galaxias distante y densamente poblado. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial invitó recientemente a la Dra. Frye a que nos contara más sobre lo que el equipo ha apodado Supernova H0pe y cómo los efectos de lente gravitacional están proporcionando información sobre la constante de Hubble.
«Todo comenzó con una pregunta del equipo: ‘¿Qué son esos tres puntos que no estaban allí antes? ¿Podría ser una supernova?'», dijo. «Los puntos de luz, no visibles en las imágenes del mismo cúmulo tomadas con el Hubble en 2015, eran obvios cuando las imágenes de PLCK G165.7+67.0 llegaron a la Tierra desde el programa de Observaciones en Tiempo Garantizado de las Áreas Extragalácticas Principales para la Ciencia de la Reionización y el Efecto de Lente (PEARLS) del Webb. El equipo señala que la pregunta fue la primera que les vino a la mente por una buena razón: ‘El campo de G165 fue seleccionado para este programa debido a su alta tasa de formación de estrellas de más de 300 masas solares por año, un atributo que se correlaciona con tasas de supernova más altas’.
«Los análisis iniciales confirmaron que estos puntos correspondían a una estrella en explosión, una con cualidades poco comunes. En primer lugar, se trata de una supernova de tipo Ia, una explosión de una estrella enana blanca. Este tipo de supernova generalmente se denomina «candela estándar», lo que significa que la supernova tenía un brillo intrínseco conocido. En segundo lugar, tiene un efecto de lente gravitacional.
«El efecto de lente gravitacional es importante para este experimento. La lente, que consiste en un cúmulo de galaxias que se encuentra entre la supernova y nosotros, dobla la luz de la supernova en múltiples imágenes. Esto es similar a cómo un espejo de tocador de tres pliegues presenta tres imágenes diferentes de una persona sentada frente a él. En la imagen del Webb, esto se demostró ante nuestros ojos, ya que la imagen del medio estaba invertida en relación con las otras dos imágenes, un efecto de «lente» predicho por la teoría.
«Para lograr tres imágenes, la luz viajó por tres caminos diferentes. Como cada trayectoria tenía una longitud diferente y la luz viajaba a la misma velocidad, la supernova fue fotografiada en esta observación del Webb en tres momentos diferentes durante su explosión. En la analogía del espejo tríptico, se produjo un retraso temporal en el que el espejo de la derecha mostraba a una persona levantando un peine, el espejo de la izquierda mostraba un cabello siendo peinado y el espejo del medio mostraba a la persona dejando el peine.
«Las imágenes de supernovas trípticas son especiales: los retrasos temporales, la distancia de la supernova y las propiedades de lente gravitacional producen un valor para la constante de Hubble o H0 (pronunciado H-naught). La supernova fue llamada SN H0pe ya que da a los astrónomos la esperanza de comprender mejor la tasa de expansión cambiante del universo.
«En un esfuerzo por explorar SN H0pe más a fondo, el equipo de PEARLS-Clusters escribió una propuesta de Tiempo Discrecional del Director del Webb (DDT) que fue evaluada por expertos científicos en una revisión anónima dual y recomendada por el Grupo de Políticas Científicas del Webb para observaciones de DDT. Paralelamente, se adquirieron datos en el MMT, un telescopio de 6,5 metros en el monte Hopkins, y en el Gran Telescopio Binocular del monte Graham, ambos en Arizona. Al analizar ambas observaciones, nuestro equipo pudo confirmar que SN H0pe está anclada a una galaxia de fondo, muy por detrás del cúmulo, que existió 3.500 millones de años después del Big Bang.
«SN H0pe es una de las supernovas de tipo Ia más distantes observadas hasta la fecha. Un miembro diferente del equipo realizó otra medición de retardo temporal analizando la evolución de su luz dispersada en sus colores constituyentes o ‘espectro’ del Webb, lo que confirmó la naturaleza de tipo Ia de SN H0pe.
«Siete subgrupos contribuyeron con modelos de lentes que describen la distribución de materia 2D del cúmulo de galaxias. Dado que la supernova de tipo Ia es una vela estándar, cada modelo de lente fue ‘calificado’ por su capacidad para predecir los retrasos temporales y los brillos de la supernova en relación con los valores medidos reales.
«Para evitar sesgos, los resultados fueron cegados a estos grupos independientes y se revelaron entre ellos el día y la hora anunciados de una ‘desvelación en vivo’. El equipo informa que el valor de la constante de Hubble es de 75,4 kilómetros por segundo por megaparsec, más 8,1 o menos 5,5. [Un parsec equivale a 3,26 años luz de distancia]. Esta es solo la segunda medición de la constante de Hubble con este método, y la primera vez que se utiliza una vela estándar. El investigador principal del programa PEARLS comentó: «Este es uno de los grandes descubrimientos del Webb y está conduciendo a una mejor comprensión de este parámetro fundamental de nuestro universo».
«Los resultados de nuestro equipo son impactantes: el valor de la constante de Hubble coincide con otras mediciones en el universo local y está en cierta tensión con los valores obtenidos cuando el universo era joven. Las observaciones del Webb en el Ciclo 3 mejorarán las incertidumbres, permitiendo restricciones más sensibles en H0».
Con información de Space Telescope Science Institute
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