¿A qué velocidad se expande el universo? Una supernova podría dar la respuesta

Que el universo se expande se sabe desde hace casi cien años, pero ¿a qué velocidad? La velocidad exacta de dicha expansión sigue siendo objeto de un intenso debate, cuestionando incluso el modelo estándar de cosmología. Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), la Universidad Ludwig Maximilians (LMU) y los Institutos Max Planck, MPA y MPE ha fotografiado y modelado una supernova excepcionalmente rara que podría proporcionar una forma nueva e independiente de medir la velocidad de expansión del universo. Los estudios se publican en el servidor de preimpresiones arXiv.

La supernova es una rara explosión estelar superluminosa, a 10 000 millones de años luz de distancia, y mucho más brillante que las supernovas típicas. También es especial en otro sentido: la supernova aparece cinco veces en el cielo nocturno, como fuegos artificiales cósmicos, debido a un fenómeno conocido como lente gravitacional.

Dos galaxias en primer plano curvan la luz de la supernova a medida que viaja hacia la Tierra, obligándola a tomar trayectorias diferentes. Debido a que estas trayectorias tienen longitudes ligeramente diferentes, la luz llega en momentos distintos. Al medir los retrasos entre las múltiples copias de la supernova, los investigadores pueden determinar la tasa de expansión actual del universo, conocida como la constante de Hubble.

Sherry Suyu, profesora asociada de Cosmología Observacional en la TUM y miembro del Instituto Max Planck de Astrofísica, explica: «Apodamos a esta supernova SN Winny, inspirados en su designación oficial, SN 2025wny. Se trata de un evento extremadamente raro que podría desempeñar un papel clave en la mejora de nuestra comprensión del cosmos. La probabilidad de encontrar una supernova superluminosa perfectamente alineada con una lente gravitacional adecuada es inferior a una entre un millón. Dedicamos seis años a buscar un evento de este tipo compilando una lista de lentes gravitacionales prometedoras, y en agosto de 2025, SN Winny coincidió exactamente con una de ellas».

Imagen en color de alta resolución de una supernova única

Dado que las supernovas con lentes gravitacionales son tan poco frecuentes, hasta la fecha solo se han realizado unas pocas mediciones de este tipo. Su precisión depende en gran medida de la precisión con la que se determinen las masas de las galaxias que actúan como lente, ya que estas masas controlan la intensidad con la que se desvía la luz de la supernova.

Para medir dichas masas, los miembros del equipo del MPE y la LMU obtuvieron imágenes con el Gran Telescopio Binocular (LBT) en Arizona, EE. UU., utilizando sus dos espejos de 8,4 metros de diámetro y un sistema de óptica adaptativa que corrige la borrosidad atmosférica. El resultado es la primera imagen en color de alta resolución de este sistema publicada hasta la fecha.

Las observaciones revelan las dos galaxias lente en primer plano en el centro y cinco copias azuladas de la supernova, que recuerdan a la explosión de un fuego artificial. Esto es bastante inusual, ya que los sistemas de lentes a escala galáctica normalmente producen solo dos o cuatro copias. Utilizando las posiciones de las cinco copias, Allan Schweinfurth (TUM) y Leon Ecker (LMU), investigadores junior del equipo, construyeron el primer modelo de la distribución de masa de la lente.

«Hasta ahora, la mayoría de las supernovas con efecto lente eran amplificadas por cúmulos de galaxias masivos, cuyas distribuciones de masa son complejas y difíciles de modelar», afirma Schweinfurth.

«Sin embargo, la SN Winny solo tiene efecto lente por dos galaxias individuales. Encontramos distribuciones de luz y masa, en general, uniformes y regulares, para estas galaxias, lo que sugiere que aún no han colisionado en el pasado a pesar de su aparente proximidad. La simplicidad general del sistema ofrece una oportunidad fascinante para medir la tasa de expansión del universo con gran precisión».

Dos métodos, dos resultados muy diferentes

Hasta ahora, los científicos se han basado principalmente en dos métodos para medir la constante de Hubble, pero estos métodos arrojan resultados contradictorios. Este enigma se conoce como la tensión de Hubble.

El primero es el método local, que mide las distancias a las galaxias paso a paso, como si se subiera una escalera, donde cada paso depende del anterior; de ahí que se le conozca como la escalera de distancias cósmicas. Utiliza objetos con brillo conocido para estimar las distancias y luego las compara con la velocidad a la que se alejan las galaxias. Dado que este método implica muchos pasos de calibración, incluso pequeños errores pueden acumularse y afectar el resultado final.

El segundo método se remonta mucho más atrás en el tiempo. Estudia el fondo cósmico de microondas, el tenue resplandor del Big Bang, y utiliza modelos del universo primitivo para calcular la tasa de expansión actual. Este enfoque es muy preciso, pero se basa en gran medida en suposiciones sobre la evolución del universo, suposiciones que aún son objeto de debate.

Un nuevo enfoque de un solo paso para la constante de Hubble

Un tercer método independiente entra en escena: el uso de una supernova con efecto de lente gravitacional. Stefan Taubenberger, miembro destacado del equipo del profesor Suyu y primer autor del estudio de identificación de supernovas, explica que, al medir los retrasos temporales entre las múltiples copias de la supernova y conocer la distribución de masa de la galaxia con efecto de lente gravitacional, los científicos pueden calcular directamente la constante de Hubble: «A diferencia de la escala de distancias cósmicas, este es un método de un solo paso, con menos y completamente diferentes fuentes de incertidumbres sistemáticas».

Astrónomos de todo el mundo observan actualmente la SN Winny en detalle utilizando telescopios terrestres y espaciales. Sus resultados proporcionarán nuevos conocimientos cruciales y ayudarán a esclarecer la prolongada tensión de Hubble.

Con información de arXiv, arXiv