En Octubre del pasado 2014 un equipo de astrónomos localizó una galaxia lejana que, vista desde la Tierra, parecía tener el aspecto de un anillo cósmico. Su nombre es SDP.81 y en realidad su forma real es mucho menos espectacular de la que muestra la imagen. El anillo no es más que un efecto óptico creado por una “lente gravitatoria”, una casualidad astronómica parecida a un eclipse de galaxias.
Descubierta gracias al telescopio ALMA, SDP.81 es una galaxia con formación estelar activa que se encuentra a unos 12 mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Esto quiere decir que la luz que ahora mismo nos llega de ella partió hace 12 mil millones de años, cuando el Universo tenía sólo un 15% de su edad actual.
- Imagen generada por ALMA de la galaxia SDP.81 sometida a una lente gravitacional. El centro del anillo revela el polvo radiante de la galaxia. Las áreas circundantes, representadas a una menor resolución, corresponden a la radiación emitida por el dióxido de carbono. Créditos: ALMA (NRAO/NAOJ/ESO).
Para obtener la imagen el equipo de astrónomos tuvo que llevar al telescopio cerca de su máxima resolución. El ALMA, acrónimo de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, está compuesto por 66 antenas de alta precisión ubicadas en el desierto de Atacama, a 5.000 metros de altitud en el norte de Chile. Y lo interesante es que su resolución no depende del diámetro de cada antena, sino de la separación entre todas ellas.
En efecto, las señales de las antenas se combinan y se procesan en un supercomputador (el correlacionador de ALMA) para simular el funcionamiento de un gigantesco telescopio individual. Así, al aumentar la distancia entre las antenas se aumenta su poder de resolución, lo que permite captar detalles más sutiles.
La imagen de SDP.81 se obtuvo observando la luz brillante emitida por el polvo cósmico en la distante galaxia. Para estas observaciones, el telescopio ALMA alcanzó una resolución máxima excepcional de 23 miliarcosegundos. Esto equivale a poder ver el aro de una canasta de baloncesto puesta sobre la torre Eiffel de París desde una plataforma de observación en el Empire State de New York.
Anillo de Einstein
En su Teoría General de la Relatividad, publicada en 1915, Albert Einstein sugería que la gravedad debería curvar la trayectoria de la luz. La idea, al igual que buena parte de su teoría, parecía una locura en esa época y fue recibida con gran escepticismo.
Sin embargo las observaciones realizadas durante un eclipse de Sol el 29 de mayo de 1919 demostraron que Einstein tenía razón. La luz proveniente de una estrella lejana había sido afectada por la gravedad del Sol, de manera que desde nuestro punto de vista su posición se había desplazado. Este importante hecho fue la primera prueba experimental de la veracidad de la Teoría General de la Relatividad e hizo famoso a Einstein instantáneamente.
Dos décadas después, un científico amateur llamado Orest Chwolson predijo un efecto óptico derivado de la curvatura de la luz por la gravedad. Su idea era que si desde la Tierra se observaban dos cuerpos astronómicos perfectamente alineados, el de detrás debería verse como un anillo alrededor del cuerpo intermedio. A dicho efecto se le llama actualmente anillo de Einstein.
En el esquema siguiente se puede entender el fenómeno. Tanto en la imagen superior como en la inferior hay una galaxia situada entre la Tierra y un objeto lejano. La luz que emite el objeto lejano se curva al pasar cerca de la galaxia, de manera que los rayos que llegan a la Tierra parecen provenir de otra parte. Así, la galaxia está actuando como una lente gravitatoria.
Si el azar quiere que la Tierra, la galaxia y el objeto lejano estén perfectamente alineados (imagen superior), la distorsión generada por la lente gravitatoria crea un anillo de Einstein. Ésta es la razón por la que la galaxia SDP.81 tiene forma anular en la fotografía: está siendo magnificada por una galaxia masiva en primer plano, a sólo 4 mil millones de años luz de la Tierra.
En cambio, si el alineamiento no es perfecto (imagen inferior), el resultado es que el objeto lejano parece estar desplazado o se ve en varios sitios a la vez.
Lo interesante de un anillo de Einstein es que permite predecir características de la galaxia intermedia que actúa como lente gravitatoria. A mayor masa, mayor será su efecto gravitatorio sobre la luz que la rodea y, por tanto, mayor será también el diámetro del anillo. Por lo tanto, del estudio de dichas imágenes se puede extraer información sobre masas, tamaños y procesos evolutivos de galaxias.
Pero aún más importante, los anillos de Einstein constituyen una herramienta muy valiosa para detectar agujeros negros o la misteriosa y esquiva materia oscura (ver artículo). Imaginad que la galaxia que se interpone entre la Tierra y el objeto lejano está formada por materia oscura, invisible para nuestros telescopios. Sería como tener una lente invisible, no la podemos ver directamente pero vemos su efecto sobre la luz que pasa cerca.
Un truco genial que, sin embargo, tiene un gran problema: la alineación perfecta de dos galaxias es algo muy poco común. Por tanto, imágenes tan detalladas de un anillo de Einstein cómo la obtenida con el telescopio ALMA tienen un valor incalculable.
La astronomía trabaja así. Temblorosos haces de luz viajan por el vacío durante miles de millones de años para dejar una tenue huella en un telescopio. Minúsculas pistas que, unidas delicadamente, van tejiendo la historia más fabulosa jamás contada: nuestro universo.