Las lentes gravitacionales son objetos masivos que desvían la luz procedente de galaxias distantes, debido a la atracción gravitatoria entre la luz y el objeto masivo. El efecto óptico en el observador es igual al producido por una lente imperfecta no pulida, es decir, produce un aumento de las galaxias distantes, obteniéndose una o varias imágenes distorsionadas de la galaxia distante. La teoría de la relatividad de Einstein explica muy bien este fenómeno, el objeto muy masivo produce una distorsión en el espacio-tiempo y cuando los rayos de luz pasan cerca de esta región se curvan y llegan al observador amplificados y como si procedieran de otro lugar (ver figura 1). Los Cúmulos de Galaxias son los objetos más masivos del universo y por lo tanto las lentes gravitacionales más potentes, que nos permiten detectar las galaxias más distantes.
Actualmente estamos usando este efecto para estudiar galaxias distantes que de otra forma no podríamos detectar. También es un método muy preciso para medir la masa del Cúmulo de Galaxias que actúa como lente y la cantidad de Materia Oscura que contiene. Mediante observaciones podemos medir la distorsión que el Cúmulo de Galaxias produce en la luz proveniente de las galaxias lejanas y obtener la distancia a la que éstas se encuentran. A partir de estos datos, y usando la teoría de la relatividad, reconstruimos la forma original no distorsionada de la galaxia y la distribución espacial de masa del Cúmulo de Galaxias.
Las galaxias distantes que estamos estudiando, usando lentes gravitacionales, se encuentran a unos 10.000 millones de años luz, esto significa que la luz ha tardado esos años en llegar hasta nosotros. Por lo tanto, la luz de las galaxias que estamos viendo en nuestras observaciones partió de ellas hace 10.000 millones de años. El universo se formó hace 13.800 millones de años, así que estamos viendo estas galaxias tal como eran cuando el universo tenía solo un 25% de su edad actual. Ahora habrán evolucionado y serán totalmente distintas (similares a las galaxias cercanas a nosotros). Esta es una forma de retroceder en el tiempo y poder estudiar el universo en épocas remotas. En esta época, hace 10.000 millones de años, es cuando hay más formación estelar en las galaxias y por esto es tan interesante.
Uno de nuestros objetivos es estudiar cómo era la formación estelar en estas galaxias del universo primitivo y ver cómo ha evolucionado
Uno de nuestros objetivos es estudiar cómo era la formación estelar en estas galaxias del universo primitivo y ver cómo ha evolucionado con el tiempo hasta la actualidad. Para esto necesitamos hacer observaciones en todo el espectro electromagnético. Con este objetivo utilizamos telescopios espaciales de rayos-X (XMM-Newton, Chandra), telescopios ópticos y ultravioleta (Hubble, Gran Telescopio de Canarias), telescopios espaciales de infrarrojos (Spitzer, JWST) e interferómetros de microondas y de radio (ALAMA, VLA). Con estos telescopios obtenemos tanto imágenes como espectros de las galaxias distantes y de los Cúmulos de Galaxias, para proceder posteriormente a su estudio.
El estudio cosmológico del Universo es también objeto de nuestras investigaciones. Durante las dos últimas décadas, las observaciones de la Radiación Cósmica de Microondas, de la Estructura a Gran Escala del Universo, y de supernovas, han dado lugar al llamado modelo cosmológico concordante. En este modelo, la densidad de energía del Universo está dominada por dos componentes de naturaleza desconocida: el 76% de la densidad de energía está en forma de Energía Oscura, responsable de la expansión acelerada del Universo. Del 24% de la densidad de energía restante, un 20% está en forma de Materia Oscura, que ejerce una atracción gravitatoria, pero no emite luz y el otro 4% es la materia que vemos formando galaxias. Mediante el estudio de la distribución de Cúmulos de Galaxias en el Universo y los efectos que estos ejercen sobre la luz procedente de las galaxias distantes, podemos analizar las huellas que dejan la Energía Oscura y la Materia Oscura presentes en el Universo. A partir de este análisis obtenemos los parámetros del modelo cosmológico concordante y vemos su evolución con el tiempo desde épocas muy remotas. A la vez, intentamos entender cuales son los componentes de la Energía Oscura y la Materia Oscura, midiendo con precisión la densidad de cada una de ellas y su evolución con el tiempo. Con este objetivo estamos en Euclides, una misión espacial del programa ‘Cosmic Vision 2015-2025’ de la Agencia Espacial Europea con lanzamiento previsto para el año 2022 (una descripción completa de la misión se puede encontrar en https://www.euclid-ec.org). El Consorcio Euclides es el responsable de la construcción del telescopio espacial y de la explotación científica de los datos, lo componen 14 países de la Unión Europea, EE UU (principalmente a través de la NASA) y Canadá, y está formado por unos 1.500 científicos e ingenieros. La UPCT es miembro del consorcio y contribuye a la misión tanto en la explotación científica, como en la construcción del telescopio espacial.
Anastasio Díaz Sánchez
Investigador del Grupo de Astrofísica y Materia Condensada de la UPCT
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