Los astrónomos están viviendo una era dorada gracias a telescopios más grandes y avanzados. Sin embargo, la tecnología más sofisticada no se compara con el poder de las «lentes cósmicas» que nos ofrece la naturaleza: los lentes gravitacionales.
En menos de 50 años, hemos pasado de la primera observación de un lente gravitacional fuerte a la identificación de miles de ellos. Con la llegada de nuevos telescopios, se espera que este número se multiplique.
Estas lentes permiten a los científicos explorar las profundidades del universo y obtener vislumbres de algunos de los misterios más desconcertantes de la cosmología contemporánea, como la materia oscura y la energía oscura.
Una demostración espectacular de la gravedad
Los lentes gravitacionales son la demostración más visual de las teorías de gravedad de Albert Einstein. Según Einstein, la masa deforma y distorsiona la propia estructura del espacio, similar a como una bola de bolos pesada hunde un colchón.
Todo lo que tiene masa, desde un ser humano hasta un átomo, deforma el espacio-tiempo de esta manera. Sin embargo, este efecto se hace evidente solo cuando se trata de objetos realmente masivos, como galaxias enteras o cúmulos de galaxias. A medida que la luz viaja desde objetos distantes y pasa cerca de estas galaxias masivas, el espacio-tiempo distorsionado alrededor de ellas desvía y enfoca esta luz, ampliándola para que podamos observarla.
La alineación entre el objeto de fondo, el lente en primer plano y nosotros no siempre se da, lo que significa que solo observamos este efecto gravitacional en ocasiones raras. Cuando esto sucede, a través de nuestros telescopios podemos ver versiones múltiples y distorsionadas de un objeto que, de otro modo, sería demasiado tenue para ser detectado.
Aunque Einstein no podría haber anticipado la importancia de los lentes gravitacionales en la astronomía moderna, se debe destacar que él consideraba imposible su observación. Esto se debe a que pensaba en lentes gravitacionales alrededor de estrellas individuales, no de galaxias. Décadas después, los astrónomos se dieron cuenta de cuán masivas son las galaxias y cuántas existen en nuestro universo.
Los lentes gravitacionales no solo nos permiten observar objetos distantes, sino que también revelan detalles sobre aquello que no podemos ver en absoluto. Teóricamente, aproximadamente el 85% de la materia que compone el universo es materia oscura, invisible. La forma en que un lente gravitacional curva y distorsiona la luz nos permite medir la cantidad de materia en las galaxias, no solo la materia convencional que podemos observar, sino también la materia oscura.
Además, los lentes gravitacionales ayudan a mapear cúmulos de galaxias a través del universo, lo que nos permite entender su forma. ¿Es nuestro universo perfectamente plano como una hoja de papel? ¿O tiene curvatura como una esfera, o se expande hacia afuera como una silla de montar? Estas preguntas dependen de la densidad del universo, y el mapeo de cúmulos de galaxias nos ayuda a medir la densidad de una fuerza hipotética llamada energía oscura.
Los lentes gravitacionales suelen hacer que los objetos de fondo sean de diez a cien veces más brillantes de lo que serían normalmente. Este efecto ofrece una vista de alta definición del universo distante. El Telescopio Espacial James Webb ha aprovechado este impulso de magnificación para atisbar cómo era el universo en su infancia, hace más de 13 mil millones de años, poco después del Big Bang. Observar el pasado nos ayuda a entender cómo se formó nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y cómo podría cambiar en el futuro.
A pesar de los beneficios de los lentes gravitacionales, su rareza los convierte en un recurso escaso en el vasto cosmos. Para encontrarlos, necesitamos imágenes de alta calidad de grandes extensiones del cielo nocturno. En este sentido, dos nuevos proyectos de observación del cielo están destinados a revolucionar el campo: el telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Observatorio Vera Rubin en Chile.
Euclid, lanzado en 2023, se espera que capture un tercio del cielo entero con una claridad que solo se puede obtener desde el espacio. Por su parte, el Observatorio Vera Rubin trabajará desde la Tierra, pero tendrá la capacidad de fotografiar todo el hemisferio sur, creando la vista más detallada y temporal del cosmos jamás registrada.
Se prevé que, a lo largo de sus vidas útiles, Euclid y el Observatorio Vera Rubin revelen 100,000 nuevos lentes gravitacionales, lo que supone multiplicar por 100 el número que conocemos actualmente. Sin embargo, identificar 100,000 lentes gravitacionales entre miles de millones de galaxias observadas no es una tarea sencilla. Para ello, Euclid está contando con la ayuda de científicos ciudadanos para entrenar modelos de inteligencia artificial que identifiquen lo que buscan. Al permitir que las personas clasifiquen algunas imágenes, estos modelos pueden aprender y luego buscar en todo el conjunto de datos.
Desde lentes individuales que proporcionan nuevos conocimientos sobre galaxias distantes, hasta el estudio del efecto en muestras estadísticas masivas para entender la naturaleza misma del universo, los lentes gravitacionales son herramientas fundamentales en el arsenal de los astrónomos.
