Explosión de supernova detectada por rara ‘lupa cósmica’

Los investigadores están obteniendo información sobre cómo se expande el universo gracias a las lentes gravitacionales, un fenómeno natural que distorsiona el espacio alrededor de las galaxias y magnifica ópticamente los cuerpos celestes.

De acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, el espacio y el tiempo se fusionan en una cantidad conocida como espacio-tiempo. La teoría sugiere que los objetos masivos, como las galaxias o los cúmulos de galaxias, pueden causar la curvatura del espacio-tiempo. Las lentes gravitacionales son un ejemplo raro pero observable de la teoría de Einstein en acción. La masa de un gran cuerpo celeste puede desviar mucho la luz a medida que viaja a través del espacio-tiempo, como una lupa. Cuando la luz pasa desde una fuente de luz más lejana que esta lente, los científicos pueden usar las distorsiones visuales resultantes para ver objetos que pueden estar demasiado lejos y demasiado oscuros para ver.

Un equipo internacional de científicos, incluido el astrónomo de la Universidad de Maryland Igor Andreoni, descubrió recientemente una supernova excepcionalmente rara con lentes gravitacionales, que el equipo ha denominado «SN Zwicky». Ubicada a más de 4 mil millones de años luz de distancia, la supernova fue magnificada unas 25 veces por una galaxia en primer plano que actuaba como una lente. Este descubrimiento presenta una oportunidad única para que los astrónomos aprendan más sobre los núcleos internos de las galaxias, la materia oscura y los mecanismos detrás de la expansión del universo. Los investigadores publicaron sus hallazgos, incluido un análisis completo, datos de espectroscopia e imágenes de SN Zwicky, en la revista. astronomía natural el 12 de junio de 2023.

Zoom Into Zwicky’s Supernova: Comenzando con una pequeña parte de la cámara Palomar ZTF, una de las 64 «cuádruples», cada una con decenas de miles de estrellas y galaxias, el zoom nos lleva a exploraciones detalladas realizadas con los telescopios VLT y Keck más grandes y nítidos. en Chile y Hawai respectivamente. En las imágenes mejor resueltas de Keck, se pueden ver cuatro «copias» casi idénticas de la supernova Zwicky. Las múltiples imágenes surgen debido a la deformación del espacio causada por la galaxia en primer plano, que también se ve en el centro y aproximadamente a mitad de camino entre el sitio de la explosión de la supernova y la Tierra. Crédito: J. Johansson

dijo el autor principal del artículo, Ariel Jobar, quien también es director del Centro Oscar Klein de la Universidad de Estocolmo.

Inicialmente descubierto en la Instalación Transitoria de Zwicky (ZTF), SN Zwicky fue señalado rápidamente como un objeto de interés debido a su brillo inusual. Luego, utilizando instrumentos de óptica adaptativa en el Observatorio W.M. Keck, los Telescopios Muy Grandes y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el equipo observó cuatro imágenes de SN Zwicky tomadas desde diferentes lugares del cielo y confirmó que las lentes gravitacionales estaban detrás de la radiación inusual de la supernova.

SN Zwicky. Crédito: Joel Johansson, Universidad de Estocolmo

Según Andreone, becario postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la UMD y[{» attribute=»»>NASA’s Goddard Space Flight Center, supernovae like SN Zwicky play a crucial role in helping scientists measure cosmic distances.

“SN Zwicky not only is magnified by the gravitational lense, but it also belongs to a class of supernovae that we call ‘standard candles’ because we can use their well-known luminosities to determine distance in space,” Andreoni explained. “When a source of light is farther away, the light is dimmer—just like seeing candles in a dark room. We can compare two light sources in this way and gain an independent measure of distance without having to actually study the galaxy itself.”

In addition to being useful as a metric for cosmic distance, SN Zwicky also opens new avenues of research for scientists exploring the properties of galaxies, including dark matter (which is matter that does not absorb, reflect or emit light but make up the majority of matter in the universe). Researchers also believe that lensed supernovae like SN Zwicky could prove to be very promising tools for examining dark energy (a mysterious force counteracting gravity and drives the accelerated expansion of the universe) and refining current models describing the universe’s expansion, including the calculation of the Hubble constant—a value that describes how fast the universe is expanding.

For Andreoni, who is preparing for the opening of the Vera Rubin Observatory in Chile, the team’s success in identifying and analyzing SN Zwicky is only the beginning. Now still in its construction phase, the new observatory is expected to begin full operations in 2024 and build upon the team’s findings as it takes multiple images of the entire visible sky to search for other supernovae and asteroids. Andreoni believes that the “big picture” tactic used to find SN Zwicky will continue to help scientists gather large volumes of data about celestial events in the sky.

“This discovery paves the way to find more of such rare lensed supernovae in future big surveys that will help us study transient astronomical events like supernovae and gamma ray bursts,” Andreoni said. “We look forward to more unexpected discoveries using broad, untargeted optical surveys of the sky like the one that helped us identify SN Zwicky. With this approach, we’ll be able to probe the transient sky with an unprecedented depth.”

To learn more about how gravitational lensing works, please view the short animation below:

Los objetos con grandes masas, como galaxias o cúmulos de galaxias, distorsionan el espacio-tiempo a su alrededor de tal manera que pueden crear múltiples imágenes de objetos de fondo. Este efecto se llama lente gravitacional fuerte. Crédito: Agencia Espacial Europea/Hubble, NASA

El artículo, «Detectar un cúmulo de galaxias con lentes gravitacionales usando los lúmenes estándar de aumento de SN Zwicky», se publicó el 12 de junio de 2023 en astronomía natural.

Referencia: «Revelación de un grupo de lentes gravitacionales de galaxias usando la vela estándar de aumento de SN Zwicky» por Ariel Jobar, Joel Johansson, Steve Schulz, Niki Arendsi, Ana Sagos Caracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mortsel, Christopher Fremling, Lin Yan, Daniel Perle, Jesper Sulerman, Remy Joseph, K-Ryan Hinds, William Meynardie, Igor Andreoni, Eric Bellm, Josh Bloom, Thomas E. Collett, Andrew Drake, Matthew Graham, Mansi Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Cameron Lemon, Adam A. Miller, James Neil, Jacob Norden, Justin Berrell, Johann Richard, Reid Riedel, Mikael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabriel Stewart, Alice Townsend, Joseph Fenko, J. Craig Wheeler y Avery Wold, 12 de junio de 2023, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (Subvención No. AST-2034437 y 1106171), la Fundación Knut y Alice Wallenberg (bajo Dnr KAW 2018.0067 y la Subvención del Proyecto de Investigación «Comprender el Universo Dinámico»), y el Consejo Sueco de Investigación (Proyecto n.º 12016012, números de contrato 2020-03444 y 2020-03384), el Consejo Europeo de Investigación (subvención n.º 759194-USNAC), la Organización Europea para la Investigación Astronómica del Hemisferio Sur y las Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido. concejo. Esta historia no refleja necesariamente los puntos de vista de estas organizaciones.