Sherry Suyu (Argelander Institut für Astronomie)
Usando galaxias enteras como lentes para ver hacia otras galaxias, los investigadores tienen una forma, más nueva y precisa, de medir el tamaño y la edad del Universo y la rapidez con que se está expandiendo, en plano de igualdad con otras técnicas. La medición determina un valor para la constante de Hubble, que indica el tamaño del Universo, y confirma su edad  en 13.750 millones años, con una incertidumbre de 170 millones de años.
Los resultados también confirman la intensidad de la energía oscura, responsable de la aceleración de la expansión del Universo.

Estos resultados, obtenidos por investigadores del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC), del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía de Estados Unidos y de la Universidad de Stanford, la Universidad de Bonn y otras instituciones en los Estados Unidos y Alemania, se publicaron el 1º de marzo 2010, en la revista The Astrophysical Journal.  Los investigadores utilizaron datos recogidos por el telescopio espacial Hubble, de la NASA y de la ESA, y mostraron la precisión mejorada que ellos pueden ofrecer en combinación con la sonda Wilkinson de anisotropía en microondas WMAP.

El equipo utilizó una técnica conocida como lente gravitacional, para medir la distancia que viajó la luz desde una galaxia brillante y activa hasta la Tierra, por diferentes trayectorias. Comprendiendo el tiempo que tardó en recorrer cada trayectoria y la velocidad efectiva involucrada, los investigadores no sólo podían deducir cuán lejos se encuentra la galaxia, sino también la escala global del Universo y algunos detalles de su expansión.

A menudo es difícil para los científicos distinguir entre una luz muy brillante lejana y una fuente más débil, más cercana. Una lente gravitacional evita este problema proporcionando pistas múltiples en cuanto a la distancia que viaja la luz. Esa información adicional les permite determinar el tamaño del Universo, expresado a menudo por los astrofísicos en términos de una cantidad llamada la constante de Hubble.

“Hemos sabido, por mucho tiempo, que las lentes son capaces de ofrecer una medición física de la constante de Hubble”, dice Phil Marshall de KIPAC. Sin embargo, las lentes gravitacionales nunca antes habían sido utilizadas en forma tan precisa. Esta medición proporciona una medida tan exacta de la constante de Hubble, como otras herramientas ya establecidas, tales como la observación de las supernovas y el fondo cósmico de microondas. “Las lentes gravitacionales han llegado a la mayoría de edad como herramientas competitivas en el conjunto de herramientas astrofísicas”, dijo Marshall.

Cuando un gran objeto cercano, como una galaxia, bloquea un objeto distante, por ejemplo otra galaxia, la luz puede rodear ese obstáculo. Pero en lugar de tomar una sola trayectoria, la luz puede torcerse alrededor del objeto en dos o cuatro rutas diferentes, duplicando o cuadriplicando así la cantidad de información que reciben los científicos. A medida que el brillo del núcleo de la galaxia de fondo fluctúa, los físicos pueden medir el flujo y reflujo de la luz a través de las cuatro trayectorias  distintas, como en el sistema B1608 656 , objeto de este estudio. El autor líder del estudio, Sherry Suyu, de la Universidad de Bonn, dice, “En nuestro caso, había cuatro copias de la fuente, las cuales aparecían como un anillo de luz alrededor de la lente gravitacional”.

Si bien los investigadores no saben cuándo la luz abandona su fuente, pueden comparar los tiempos de llegada. Marshall lo asemeja a cuatro coches que toman cuatro rutas distintas entre sitios en lados opuestos de una gran ciudad, como la Universidad de Stanford y el Observatorio Lick, en la ciudad de San José. Y, como los automóviles frente a los congestionamientos de tránsito, la luz también puede sufrir retrasos.

“La densidad de tránsito en una gran ciudad es como la densidad de masa en una lente galáctica”, dijo Marshall. “Si se toma una ruta más larga, no necesariamente le llevará un mayor tiempo atravesarla. A veces la distancia más corta es, de hecho, el trayecto más lento “.

Las ecuaciones de las lentes gravitatorias tienen en cuenta todas las variables, tales como la distancia y la densidad, y proporcionan una mejor idea de cuándo la luz salió de la galaxia de fondo y cuánto ha viajado.

En el pasado, este método de estimación de la distancia estaba plagado de errores, pero los físicos creen que ahora es comparable con otros métodos de medición. Con esta técnica, basada en las lentes, los investigadores han llegado a obtener un valor más preciso de la constante de Hubble, y una mejor estimación de la incertidumbre en esa constante. Por lo tanto, la reducción y la comprensión de la magnitud del error en los cálculos, permite alcanzar mejores estimaciones sobre la estructura de la lente y el tamaño del Universo.

Hay varios factores que los científicos todavía tienen que tener en cuenta para determinar las distancias con lentes. Por ejemplo, el polvo en las lentes puede sesgar los resultados. El telescopio espacial Hubble tiene filtros de infrarrojo, útiles para eliminar los efectos del polvo. Las imágenes también contienen información de abundantes galaxias que están alrededor de la visual, que contribuyen al efecto de lente en un nivel que debe tenerse en cuenta.

Marshall dice que varios grupos están trabajando en la extensión de esta investigación, tanto para la búsqueda de nuevos sistemas como para nuevos estudios sobre lentes conocidas. Los investigadores ya están al tanto de más de otros veinte sistemas astronómicos adecuados para el análisis con lentes gravitacionales.