Astrónomos revelan un método innovador para medir con precisión la expansión cósmica con supernovas con lente gravitacional

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Astrónomos revelan un método innovador para medir con precisión la expansión cósmica con supernovas con lente gravitacional

En un salto significativo para la cosmología, un equipo internacional de astrónomos ha desarrollado y aplicado con éxito una nueva técnica para medir la tasa de expansión del universo con una precisión sin precedentes. Este enfoque innovador, que utiliza una rara supernova superluminosa con lente gravitacional denominada "SN Winny", ofrece una posible solución a la "Tensión de Hubble" de larga data, una desconcertante discrepancia en las mediciones de la expansión cósmica que ha desafiado a los científicos durante años.

El descubrimiento, detallado en un artículo aceptado para su publicación en Astronomy & Astrophysics, se centra en SN 2025wny, una supernova superluminosa observada aproximadamente a 10 mil millones de años luz de la Tierra. Lo que hizo que esta explosión estelar fuera extraordinaria fue su aparición no una, sino cinco veces en el cielo nocturno. Este espectáculo celestial fue una consecuencia directa de la lente gravitacional, un fenómeno predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein, donde la inmensa gravedad de dos galaxias en primer plano curvó y magnificó la luz de la supernova, creando múltiples imágenes.

Las supernovas superluminosas se encuentran entre los eventos más poderosos y luminosos del cosmos, lo que las convierte en "candelas estándar" invaluables para medir vastas distancias cósmicas. Tradicionalmente, forman un peldaño crucial en la "Escala de Distancias Cósmicas", un método paso a paso para determinar las distancias a objetos cada vez más remotos. Sin embargo, la lente gravitacional única de SN Winny presentó una oportunidad distinta para el equipo de investigación, liderado por instituciones como la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y el Instituto Max Planck de Astrofísica (MPG), para eludir algunas limitaciones inherentes de los métodos convencionales.

La clave de esta nueva medición reside en los retrasos de tiempo entre las múltiples imágenes de SN Winny. Debido a que la luz de la supernova tomó diferentes caminos alrededor de las galaxias de lente, cada camino tenía una longitud ligeramente diferente. En consecuencia, la luz llegó a la Tierra en diferentes momentos. Al medir meticulosamente estos retrasos de tiempo y modelar con precisión la distribución de masa de las dos galaxias de lente, los investigadores pudieron calcular directamente la Constante de Hubble-Lemaitre, que cuantifica la tasa de expansión del universo.

La profesora asociada Sherry Suyu de Cosmología Observacional en la TUM, una figura destacada en la investigación, destacó la extrema rareza de tal evento. "Apodamos a esta supernova SN Winny, inspirados por su designación oficial SN 2025wny. Es un evento extremadamente raro que podría desempeñar un papel clave en la mejora de nuestra comprensión del cosmos", afirmó Suyu en un comunicado de prensa del MPG. Explicó además el esfuerzo monumental involucrado: "La probabilidad de encontrar una supernova superluminosa perfectamente alineada con una lente gravitacional adecuada es inferior a una en un millón. Pasamos seis años buscando un evento así, compilando una lista de lentes gravitacionales prometedoras, y en agosto de 2025, SN Winny coincidió exactamente con una de ellas."

La observación fue posible gracias al Gran Telescopio Binocular (LBT) en Arizona, equipado con sus dos espejos de 8,4 metros y un avanzado sistema de óptica adaptativa. Las imágenes capturadas revelaron las dos galaxias de lente en primer plano ubicadas en el centro, rodeadas por cinco imágenes distintas y azuladas de la explosión de la supernova, un espectáculo cósmico de "fuegos artificiales" verdaderamente espectacular. Allan Schweinfurth, un investigador junior de la TUM involucrado en la construcción del primer modelo de la distribución de masa de la lente, señaló la relativa simplicidad del sistema en comparación con las supernovas con lente anteriores. "Hasta ahora, la mayoría de las supernovas con lente fueron magnificadas por cúmulos de galaxias masivos, cuyas distribuciones de masa son complejas y difíciles de modelar. SN Winny, sin embargo, es lensed por solo dos galaxias individuales. Encontramos distribuciones de luz y masa en general suaves 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 emocionante para medir la tasa de expansión del Universo con alta precisión", explicó Schweinfurth.

Este método de "un solo paso" proporciona una alternativa crucial a las dos técnicas principales actualmente empleadas para medir la expansión cósmica, ambas con sus propios desafíos. La primera, la Escala de Distancias Cósmicas, se basa en una serie de mediciones, cada una de las cuales se construye sobre la anterior. Si bien es efectiva para mediciones locales, los errores acumulativos pueden introducir incertidumbres en vastas escalas cosmológicas. El segundo método implica el análisis del Fondo Cósmico de Microondas (CMB), la radiación reliquia del Big Bang. Este enfoque ofrece alta precisión al mirar hacia el universo temprano, pero sus cálculos dependen en gran medida de modelos teóricos de evolución cósmica, que aún son objeto de debate y refinamiento continuo.

Stefan Taubenberger, miembro destacado del equipo de la profesora Suyu y primer autor del estudio, enfatizó la clara ventaja de su nueva técnica: "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." La capacidad de calcular directamente la Constante de Hubble-Lemaitre al comprender la distribución de masa de las galaxias de lente evita las dependencias secuenciales de la escala de distancias y las suposiciones dependientes del modelo de las mediciones del CMB, ofreciendo una verificación verdaderamente independiente.

Las implicaciones de este descubrimiento son profundas. Al proporcionar un tercer método, independiente y altamente preciso, para determinar la tasa de expansión del universo, los astrónomos esperan arrojar nueva luz sobre la Tensión de Hubble. Esta tensión surge de los diferentes valores de la Constante de Hubble derivados de mediciones locales (como la Escala de Distancias Cósmicas) y observaciones del universo temprano (como el CMB). Una medición robusta e independiente de supernovas con lente podría validar uno de los valores existentes o, lo que es más intrigante, señalar una nueva física más allá de nuestros modelos cosmológicos actuales. Mientras los astrónomos de todo el mundo continúan observando SN Winny en detalle con telescopios terrestres y espaciales, los conocimientos obtenidos de este evento singular prometen avanzar significativamente nuestra comprensión del cosmos y sus propiedades fundamentales.

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