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ZAPPING 0090, 15-05-2002


Lentes gravitacionales

Mirando a través de una lente cósmica gigante, los científicos han encontrado algunas de las primeras estrellas que nacieron en el Universo.

Existe mucha incertidumbre acerca de los primeros tiempos: ¿Qué se formó primero, las estrellas o las galaxias... o los cúmulos de galaxias? ¿Acaso las primeras estrellas aparecieron una a la vez o en torrentes masivos de creación simultánea? Imagínese qué maravilloso sería tener la posibilidad de observar nuestro Universo hace catorce mil millones de años, cuando era un recién nacido. Los científicos tienen teorías, pero sería muy útil que se pudiese mirar realmente hacia atrás en el tiempo y observar el pasado con certeza. Si tuviésemos una máquina del tiempo podríamos regresar allí y ser testigos de cómo fue que emergieron las características infantiles del Universo después de la Gran Explosión (Big Bang, en inglés).
      Pues créalo o no, las máquinas del tiempo existen: son los telescopios (recomiendo leer Cuando el fusible empieza a brillar en la sección Cuentos). Como la luz debe viajar a una velocidad que no es infinita para llegar hasta nosotros, los astrónomos que observan a través de ellos ven a las estrellas y galaxias no como son ahora, sino como lo eran cuando su luz, la luz de las estellas, inició su camino. Por medio de los telescopios, los astrónomos pueden "viajar" a lo largo de abismos de espacio y miles de millones de años hacia el pasado.
      Hace tiempo que se buscan estrellas recién nacidas, las primeras en aparecer en nuestro Universo, buceando con el Telescopio Espacial Hubble para viajar hacia atrás en el tiempo hasta una época cercana a la mismísima Gran Explosión. Ya hemos tenido extraordinarias imágenes de algunos de los hallazgos (ver el Zapping ¿Es verdad esto que estamos viendo?), de verdad alucinantes. No es una cosa fácil, puesto que las estrellas que se encuentran a diez mil millones de años luz de la Tierra son muy tenues desde aquí. Aún poderosos instrumentos como el Hubble tienen problemas para detectarlas. Telescopio Keck, Hawaii El astrónomo Richard Ellis del Instituto Tecnológico de California (California Institute of Technology o Caltech) explica: "En algún momento, algo así como mil millones de años después de la Gran Explosión, la atracción gravitacional hizo que el gas que llenaba el Universo se desplomara [sobre sí mismo] y formara las primeras estrellas. Encontrar las señales de la existencia de estas estrellas, a las cuales llamamos Primeras Luces (First Light en inglés), es uno de los retos más interesantes de la astronomía moderna".
      Ellis y su equipo hicieron lo que muchos de nosotros hacemos cuando tenemos dificultad para ver algo: usar una lente de aumento. Apuntaron el Telescopio Espacial Hubble y, más adelante, el telescopio Keck de Hawaii, hacia una "lente gravitacional", un gigantesco amplificador cósmico formado por un grupo de galaxias situadas a dos o tres mil millones de años luz de distancia.


Miraron a través de este cúmulo masivo de galaxias, llamado Abell 2218, para observar las estrellas de un pasado distante. (Más abajo mostramos una ampliación del recuadro que está señalado en la imagen.)

Crédito: Telescopio Espacial Hubble.

Mirando a través de ese extraño lente, pudieron observar una tenue nube de estrellas situada a trece mil cuatrocientos millones de años luz de la Tierra. La nube contenía alrededor de un millón de estrellas, mucho menos que lo que contienen las galaxias típicas en el Universo de hoy en día, que están formadas por cientos de miles de millones de estrellas. Ellis y sus colegas creen que la nube es uno de los "bloques de construcción" de las galaxias de gran tamaño que componen ahora nuestro Universo.
      Si el Universo tiene catorce mil millones de años de edad, como surge de algunos modelos, entonces esa nube de estrellas tuvo existencia menos de mil millones de años después de la Gran Explosión, justo el momento en que —piensan los científicos— se formaron las primeras estrellas. De hecho, las estrellas en la nube parecen ser muy jóvenes. La evidencia espectral sugiere que su edad es de aproximadamente dos a cinco millones de años, aunque Ellis advierte que esta evidencia todavía está en discusión entre los investigadores. El Sol, en comparación, tiene una edad de alrededor de cuatro mil ochocientos millones de años. "Estamos observando este cúmulo en el momento que se está encendiendo", dice Ellis. Las estrellas de la nube se encuentran entre las que, seguramente, iluminaron los cielos por primera vez.



Una ampliación del área señalada en la imagen de arriba. Las imágenes gemelas de la nube de estrellas están marcadas con un círculo. Crédito: La Agencia Espacial Europea (European Space Agency o ESA), NASA, Richard Ellis (Caltech, USA) y Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrenees, Francia).

"Sin la ayuda del lente gravitacional, que amplifica el brillo de esa nube de estrellas primitivas unas treinta veces, ni el telescopio Keck de 10 metros, ni el Telescopio Espacial Hubble detectarían estas distantes y jóvenes estrellas", hace notar Ellis.
      Tales lentes de aumento son uno de los extraños resultantes de la Teoría General de la Relatividad: Einstein demostró que una gran masa crea una curvatura local en la geometría del espacio-tiempo capaz de doblar el camino que sigue la luz, naturalmente recto. Por esta razón, la fuerte curvatura causada por el masivo grupo de galaxias conocido por los científicos como "Abell 2218" dobló y enfocó los rayos de luz provenientes de esa nube de estrellas ubicada detrás y muy lejos, exactamente como lo hace una lente de aumento.
      "Observando ciertas regiones del cielo donde la luz proveniente del Universo extremadamente joven es ampliada por una lente gravitacional, obtenemos una gran ayuda de la naturaleza en la búsqueda de estas débiles señales", añade Ellis.
Hasta la fecha, se han identificado más de quinientos de estos lentes gravitacionales. Pero para que resulte útil en la búsqueda de las Primeras Luces, cada lente debe de ser estudiado con detenimiento por los científicos hasta determinar con precisión cómo se dobla la luz en él, de la misma manera en que conociendo la forma de un espejo en un Parque de Diversión podemos predecir cómo reflejará la luz y, enconsecuencia, cómo nos veremos en él. Actualmente hay apenas unas diez lentes estudiadas en detalle de esta manera.


En este ejemplo de una lente gravitacional, la luz de una distante
galaxia forma un halo alrededor del objeto masivo que sirve como lente.
Imagen de la Agencia Espacial Europea (European Space Agency).

"Todos desean saber si fue tan solo un golpe de suerte", cuenta Ellis. Y contesta: "Si son realmente las primeras estrellas en el Universo, entonces debería de haber un gran número de ellas en el cielo". Los científicos podrán saberlo cuando dispongan del Telescopio Espacial de Nueva Generación de la NASA (Next Generation Space Telescope o NGST), que será lanzado al espacio en el año 2009. "El NGST será capaz de detectar estos objetos sin ayuda de las lentes gravitacionales", dice Ellis. "No habrá manera de cuestionarlo entonces; podremos contar las primeras estrellas y averiguar qué tan antiguas son".

Entretanto, los astrónomos continuarán mirando a través de los lentes gravitacionales con la esperanza de echar un vistazo a lo que emergió después de la Gran Explosión. Vale la pena mirar. Después de todo, extrañas galaxias y desordenadas estrellas son solamente una muestra de lo que se puede hallar en el pasado.


Más información (en inglés)

http://oposite.stsci.edu/pubinfo/pr/2002/02/pr.html
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap980111.html
Lentes Gravitacionales -- información básica, más un modelo interactivo de un lente gravitacional.
Telescopio Espacial Hubble -- Portal.
El Telescopio Keck en Mauna Kea, Hawaii, fue usado para capturar el espectro del distante cúmulo de estrellas.
Más telescopios:
  • Telescopio Espacial de Nueva generación (Next Generation Space Telescope)
  • Sonda de Anisotropía en Microondas (Microwave Anisotropy Probe)
  • Explorador del Fondo Cósmico (Cosmic Background Explorer)
    Equipo internacional usa poderosa lente cósmica para encontrar un bloque galáctico en construcción en el primitivo universo -- Conferencia de prensa de Caltech.
    Buscando la primera luz en el primitivo universo -- por Richard Ellis de Caltech.
    Fuegos pirotécnicos estelares -- las primeras estrellas pudieron haberse formado en un torrente de "fuegos pirotécnicos" -- de STScI.
    A través de la lente de aumento -- Artículo de Science@NASA: El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha descubierto anillos exóticos, arcos y cruces que son ilusiones ópticas producidas por gigantescas lentes gravitacionales en el espacio profundo.

    Traducido y adaptado por Eduardo J. Carletti de un trabajo de divulgación de la NASA



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