Se resuelve un misterioso fenómeno de la galaxia ‘espejo’ que desconcertaba a los astrónomos

El telescopio espacial Hubble de la NASA captó un misterioso objeto celeste que parecía ser un par de galaxias idénticas. Desde estrellas que explotan hasta galaxias que colisionan, los astrónomos han sido espectadores de algunas cosas extrañas en nuestro cosmos. Aunque no es la primera vez que se observa un fenómeno tan extraño, los astrónomos pasaron años averiguando de qué se trataba.

¿Cómo empezó todo?

El astrónomo Timothy Hamilton vio dos protuberancias de galaxias (el núcleo lleno de estrellas de una galaxia) mientras estudiaba un cúmulo de cuásares, los núcleos ardientes de las galaxias activas, utilizando el Hubble. Este hallazgo anormal constituye tres rayas de separación aproximadamente paralelas. Este raro fenómeno no era bien conocido cuando Hamilton, astrónomo de la Universidad Estatal de Shawnee en Portsmouth (Ohio), descubrió estos inusuales patrones lineales por casualidad en 2013.

La imagen de los espejos y las rayas paralelas llamó la atención de Hamilton mientras ojeaba las imágenes de los cuásares. Hamilton y el resto del equipo nunca habían visto nada parecido. «Nos quedamos realmente perplejos», dijo en la NASA.

Afirmó: «Mi primer pensamiento fue que tal vez se trataba de galaxias interactuando con brazos estirados por las mareas. Realmente no encajaba bien, pero no sabía qué más pensar».

Como resultado, Hamilton y su equipo se propusieron descubrir el enigma. En conferencias astronómicas, mostraron a sus colegas esta extraña imagen. Evocó una amplia gama de reacciones, desde cuerdas cósmicas hasta nebulosas planetarias. El fenómeno recibió el nombre de su descubridor, el Objeto de Hamilton.

¿Qué es el Objeto de Hamilton?

Estos objetos lineales que encontró Hamilton son las imágenes estiradas de una galaxia lejana ampliada gravitacionalmente y situada a más de 11.000 millones de años luz. También parecían ser copias especulares unas de otras. Dos de las imágenes ampliadas que aparecen en el desplegable inferior derecho de la imagen son duplicados perfectos entre sí. En cuanto a la tercera imagen, se muestra en el desplegable de arriba a la derecha. Esta imagen es la más parecida a una galaxia lejana situada a más de 11.000 millones de años luz. Los investigadores decidieron que la galaxia lejana parece ser una espiral de borde, barrada, con una formación estelar continua y grumosa, basándose en una reconstrucción de esta imagen.

Cuando Hamilton mostró la fotografía del Objeto de Hamilton en una conferencia de la NASA en 2015, su colega Richard Griffiths, de la Universidad de Hawái en Hilo, proporcionó la interpretación más lógica. Se trataba de un fenómeno de lente. Es similar a los encontrados en las imágenes del Hubble de otros enormes cúmulos de galaxias, imágenes ampliadas de galaxias extremadamente distantes.

Observaron que la gravedad masiva de un cúmulo de galaxias en primer plano estaba curvando el espacio, magnificando, iluminando y extendiendo la imagen de una galaxia distante detrás de él. Aunque las lentes gravitacionales causan muchas de estas anormalidades de espejo, este objeto de Hamilton parecía particularmente desconcertante.

Por lo general, los astrónomos que estudian los cúmulos de galaxias ven primero el cúmulo principal y luego las imágenes ampliadas de las galaxias distantes dentro del cúmulo. Sin embargo, los investigadores se enfrentaron a la dificultad de no poder localizar el cúmulo que sirve de lente.

Griffiths y su equipo aún no estaban seguros de cómo analizar las extrañas formas de las lentes, ya que no tenían suficiente información sobre el cúmulo. Dijo: «Esta lente gravitacional es muy diferente de la mayoría de las lentes que fueron estudiadas antes por el Hubble, en particular en el estudio de los campos fronterizos del Hubble sobre los cúmulos. No hace falta mirar esos cúmulos durante mucho tiempo para encontrar muchas lentes. Para este objeto, ésta es la única lente que tenemos. Y al principio ni siquiera sabíamos del cúmulo».

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Avance en el misterio del Objeto de Hamilton

Griffiths consultó entonces a Jenny Wagner, de la Universidad de Heidelberg (Alemania), especializada en la teoría de las lentes gravitacionales. Junto con su colega Nicolas Tessore, de la Universidad de Manchester (Inglaterra), creó un programa informático para analizar lentes inusuales como ésta.

Con este software, lograron un gran avance. Su software ayudó a los investigadores a determinar cómo se crearon las tres imágenes con lentes. Llegaron a la conclusión de que la materia oscura que rodea a las imágenes estiradas tuvo que dispersarse «suavemente» por el espacio en escalas diminutas.

«Es genial que sólo necesitemos dos imágenes en espejo para obtener la escala de lo grumosa o no que puede ser la materia oscura en estas posiciones», explicó Wagner. «Aquí no utilizamos ningún modelo de lente. Sólo tomamos los observables de las múltiples imágenes y el hecho de que pueden transformarse una en otra. Con nuestro método se pueden plegar unas en otras. Esto ya nos da una idea de lo suave que debe ser la materia oscura en estas dos posiciones».

Según Griffiths, este hallazgo es significativo ya que, más de un siglo después de su descubrimiento, los astrónomos aún no tienen idea de qué es la materia oscura. Sabemos que es una forma de materia, pero no tenemos ni idea de cuál es la partícula que la compone. Así que no sabemos en absoluto cómo se comporta. Sólo sabemos que tiene masa y que está sometida a la gravedad». La importancia de los límites de tamaño en la aglomeración o suavidad es que nos da algunas pistas sobre lo que podría ser la partícula. Cuanto más pequeñas sean las aglomeraciones de materia oscura, más masivas deben ser las partículas».

Resolviendo el misterio del Objeto de Hamilton

Un fenómeno natural o un «truco de la naturaleza» conocido como lente gravitacional produce estas tres imágenes ampliadas de una galaxia lejana atrapada en un cúmulo de galaxias. SDSS J223010.47-081017.8 es un cúmulo de galaxias situado a unos 7.000 millones de años luz de la Tierra. La enorme gravedad de este cúmulo de galaxias amplifica y distorsiona la luz de la galaxia distante que hay detrás, produciendo múltiples imágenes.

Este hecho inusual se debe a que la galaxia de fondo se encuentra a lo largo de una «ondulación» en el tejido del espacio. La gravedad de vastas concentraciones de materia oscura (el pegamento invisible que constituye la mayor parte de la masa del universo) hace que esta ondulación se magnifique. Cuando la luz de una galaxia lejana atraviesa el cúmulo junto con esta ondulación, se crean dos imágenes especulares, así como una tercera imagen visible a un lado.

Para ayudar a nuestros cerebros ordinarios a entenderlo, Griffith dio un ejemplo. Este efecto es similar a los coloridos patrones ondulados que se encuentran en el fondo de la piscina. «Piensa en la superficie ondulada de una piscina en un día soleado, que muestra patrones de luz brillante en el fondo de la piscina», simplificó. «Estos patrones brillantes en el fondo son causados por un tipo de efecto similar al de las lentes gravitacionales. Las ondulaciones de la superficie actúan como lentes parciales y enfocan la luz del sol hacia patrones brillantes en el fondo».

En palabras sencillas, la ondulación amplía y distorsiona la luz de la galaxia de fondo que viaja a través del cúmulo en la galaxia distante con lente gravitacional. La ondulación crea las copias duales actuando como un espejo curvo imperfecto.