Lentes gravitacionales: las lupas cósmicas que revelan los secretos del universo

Estas formidables “lupas cósmicas” creadas por la gravedad permiten observar galaxias distantes, estudiar la materia oscura y retroceder hasta los primeros instantes tras el Big Bang. Una nueva generación de telescopios promete multiplicar los descubrimientos.

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El telescopio espacial Hubble captura una impresionante lente gravitacional llamada GAL-CLUS-022058s. Aquí, un cúmulo de galaxias está deformando una galaxia de fondo, lo que nos permite ver de cerca cómo era esta galaxia hace 9000 millones de años. ESA/Hubble y NASA, S. Jha. Agradecimiento: L. Shatz, CC BY.

La astronomía atraviesa una época dorada gracias a telescopios más poderosos, pero ni siquiera la tecnología más avanzada compite con las lentes gravitacionales, un fenómeno natural que multiplica la capacidad de observación del cosmos.

Las lentes gravitacionales son una de las demostraciones más espectaculares de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Según el físico alemán, la masa deforma el espacio-tiempo de la misma manera que un objeto pesado hunde un colchón.

Cuando la luz de galaxias lejanas atraviesa esas regiones distorsionadas por cúmulos de galaxias masivas, su trayectoria se curva y se amplifica, creando imágenes magnificadas de objetos que de otro modo serían invisibles.

La clave está en la alineación: solo cuando la fuente de luz, la lente y el observador se ubican en línea recta se produce este efecto. En esos casos, los telescopios detectan múltiples versiones distorsionadas de un mismo objeto lejano.

Más allá de lo que vemos: la materia oscura

Einstein no imaginó el impacto que tendría este fenómeno en la astronomía moderna. Incluso llegó a pensar que nunca podría observarse. Décadas más tarde, la detección de lentes gravitacionales abrió una nueva ventana para estudiar no solo la materia visible, sino también la invisible.

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Las teorías actuales señalan que alrededor del 85 % de la materia del universo es “oscura”, es decir, no emite luz ni radiación detectable. Las lentes gravitacionales permiten medir cómo esa materia invisible curva la luz, ofreciendo pistas sobre su distribución y propiedades.

Además, este efecto cósmico ayuda a cartografiar cúmulos de galaxias y aporta datos sobre la geometría del universo: si es plano, curvo o en expansión. En consecuencia, también se convierte en una herramienta clave para investigar la energía oscura, esa misteriosa fuerza que impulsa la aceleración del cosmos.

Un viaje al universo temprano

La amplificación producida por las lentes gravitacionales multiplica el brillo de los objetos de fondo entre diez y cien veces. Esto permite a los astrónomos observar con nitidez extraordinaria las primeras galaxias formadas tras el Big Bang.

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En este diagrama, un cúmulo de muchas galaxias distorsiona los rayos de luz de otra galaxia situada detrás de él. Cuando lo observamos desde la Tierra, vemos la galaxia de fondo como un arco deformado y muy ampliado alrededor del cúmulo en primer plano. NASA, ESA y L. Calçada, CC BY.

El telescopio espacial James Webb, por ejemplo, ha utilizado este efecto para retroceder más de 13.000 millones de años en el tiempo y estudiar cómo era el universo apenas 300 millones de años después de su origen. Estas observaciones ayudan a reconstruir la evolución de la Vía Láctea y a proyectar cómo podría transformarse en el futuro.

La nueva era de los grandes relevamientos

Encontrar lentes gravitacionales no es sencillo: son fenómenos raros, comparables a agujas en un pajar cósmico. Para detectarlas se necesitan imágenes de altísima calidad y de grandes extensiones del cielo nocturno.

En este sentido, dos nuevos proyectos prometen revolucionar el campo. El telescopio espacial Euclid, lanzado en 2023 por la Agencia Espacial Europea, capturará imágenes de un tercio del cielo con precisión sin precedentes. Por su parte, el Observatorio Vera Rubin, en Chile, registrará el cielo austral completo y construirá el “time-lapse” más detallado del universo.

Se estima que juntos descubrirán hasta 100.000 nuevas lentes gravitacionales, cien veces más de las conocidas en la actualidad.

Ciencia ciudadana e inteligencia artificial

La magnitud de datos que generarán estos telescopios es inmensa, y los científicos no pueden analizarlos solos. Por eso, el proyecto Euclid recurre a la ciencia ciudadana para entrenar modelos de inteligencia artificial. Los voluntarios clasifican imágenes para identificar posibles lentes, y la IA replica esa tarea a gran escala.

De este modo, la combinación de tecnología de vanguardia, colaboración global y el poder natural de la gravedad abre un panorama sin precedentes. Las lentes gravitacionales, auténticas navajas suizas de la astronomía, se consolidan como herramientas esenciales para descifrar los enigmas más profundos del universo.

Referencia de la noticia

The most powerful tool in an astronomer’s arsenal is a lens – but not the kind you might think – The Conversation