12 Galaxias perfectamente idénticas confundieron a los científicos

Supongamos que eres un titán gigante y que estás creando nuestro universo a partir de los ingredientes de tu casillero. Acabas de forjar la hermosa galaxia Sunburst Arc. Pongámosla a unos 11 mil millones de años luz de la Tierra. Ahora agreguemos brillo... Tamaño... Oh, presionaste el botón de copiar por accidente. ¡Oh, no! ¡Ahora hay 12 copias de esta galaxia!

Pues bien, este escenario no suena tan imposible si observamos las imágenes recientes del telescopio Hubble. Hay 4 arcos inusuales justo aquí: 1, 2, 3 y 4. Y también hay unos puntos brillantes en esos arcos. Cada punto es una copia exacta de Sunburst Arc. Así que hay dos posibilidades: o alguien creó 12 galaxias perfectamente idénticas o es solo una ilusión óptica. Los científicos se inclinan por la segunda opción.

Para empezar, observemos la luz de una linterna por la noche. ¿Ves ese círculo alrededor de la luz? Se conoce como halo. Aparece cuando hay muchos cristales de hielo o gotas de agua en el aire. Estos cristales refractan la luz de la bombilla como una lente. Nosotros, en tanto observadores, vemos un círculo de luz brillante. Bueno, ese círculo de halo y la foto de Sunburst Arc se parecen un poco, ¿no?

Vaya que sí. Pero ¿qué podría actuar como una lente y distorsionar la luz en medio del frío y la oscuridad del espacio? Sabemos que un objeto lo suficientemente pesado puede deformar el espacio y el tiempo. Tomemos una red gigante y supongamos que es una lámina de espacio-tiempo. Agreguemos algo pesado, tan pesado como nuestro Sol. ¿Ves cómo se curva la red? Ahora hay un profundo embudo aquí. Cualquier objeto que esté junto a él caerá siempre en este embudo. Así es como funciona nuestro sistema solar. Los objetos pequeños como los planetas y los asteroides giran alrededor del embudo con el Sol.

Esta vez, pon algo supermasivo en el centro de la red: un agujero negro. Ha doblado tanto la red que ni siquiera podemos ver el fondo del embudo. Ahora ningún objeto, ni siquiera la propia luz, puede escapar de esta trampa gravitatoria.

Si observamos los agujeros negros conocidos, podemos ver esto en acción. Succionan la luz como si fuera espagueti, dejando restos en el horizonte de sucesos que también desaparecerán en poco tiempo.

Así que el agujero negro deforma la luz, pero no la deja llegar a la Tierra, ya que es demasiado pesado. En cambio, si pusieras algo más ligero en la red de espacio-tiempo, apenas lograría alterarla. Necesitamos algo intermedio, algo que deforme la luz pero que no la absorba: una agrupación galáctica.

Analicemos el proceso desde el principio. Aquí está la galaxia Sunburst Arc. Está liberando fotones de luz. Estos rayos están viajando hacia la Tierra a velocidades increíbles. A esa velocidad, podrías recorrer los 150 millones de kilómetros que separan tu casa del Sol en solo 8 minutos.

De pronto, los haces se encuentran con una agrupación galáctica a unos 4600 millones de años luz de la Tierra. Esta agrupación actúa como una lente, solo que utiliza la gravedad en lugar de un cristal curvo. Los rayos se dividen, rodean la agrupación galáctica desde diferentes direcciones y siguen avanzando hacia la Tierra. Como resultado, para los observadores, parecen arcos de luz, cada uno con una copia luminosa de la galaxia.

Pero ¿cuál de estas 12 copias es la verdadera galaxia? Pues... ninguna. Pero al mismo tiempo todas estas copias son una galaxia real. Así es como funcionan las ilusiones ópticas.

Y aquí tenemos la herradura cósmica. Este arco azul brillante es un sistema de dos galaxias en la constelación de Leo. Aquí sucede lo mismo: la luz de estas dos galaxias pasa a través de una lente de otra galaxia unas 100 veces más pesada que nuestra Vía Láctea.

Por eso, las lentes gravitacionales no solo son hermosas, sino también increíblemente útiles para los científicos. Hay muchos objetos débiles y opacos en la lejanía del espacio, y no podemos verlos a grandes distancias. Pero las lentes gravitacionales ayudan a que su luz llegue al observador. Gracias a ellas, podemos estudiar estos objetos cósmicos lejanos.

Por ejemplo, Sunburst Arc es una galaxia extremadamente antigua. Data de un período en que todo el espacio era oscuro y no tenía estrellas. Eran los tiempos de la reionización, que tuvo lugar entre unos 550 y unos 800 millones de años después del Big Bang. Fue entonces cuando empezaron a aparecer las primeras estrellas. Su luz ayudó a “cargar” el universo y, después de unos cuantos miles de millones de años, adquirió la forma que vemos ahora.

Por lo tanto, al estudiar galaxias como Sunburst Arc, podemos entender cómo nació y se formó nuestro universo.

Y estos arcos redondeados son solo un tipo de lente. El otro tipo es la cruz de Einstein. Echemos un vistazo a la constelación de Pegaso. A unos 8000 millones de años luz en esa dirección, se encuentra un cuásar brillante.

Este es el núcleo activo de una galaxia, con un agujero negro supermasivo en su centro. Absorbe el polvo de estrellas y la materia que lo rodea y se hace más grande y brillante. Un cuásar emite 100 veces más energía que todas las estrellas de nuestra galaxia juntas. Además, es el objeto más brillante de todo el universo. Tiene un brillo estimado de +12,6 unidades. En cambio, la estrella más brillante observada tiene un brillo de −1,46.

Podemos observar cómo la luz brillante del cuásar se curva y forma una cruz de Einstein. Un haz de luz vuela hasta una galaxia situada a 400 millones de años luz de la Tierra y comienza a deformarse. Nosotros, en tanto observadores, vemos el resultado: 4 puntos brillantes y la galaxia que actúa como lente en el centro.

Puede que en el futuro este cuásar se convierta en una gran galaxia y nos ofrezca la oportunidad de observar el proceso de su nacimiento a través de esta lente.

Sabemos que hay unas 100 lentes de este tipo en el espacio. Son diferentes galaxias lo suficientemente alejadas de la Tierra y lo suficientemente pesadas como para doblar la luz. Teniendo en cuenta que hay unos 2 billones de galaxias en nuestro universo, que haya solo 100 lentes parece muy poco. Esto es porque las galaxias o los cúmulos estelares que refractan la luz deben ser tenues. Si son brillantes, solo veremos su propia luz.

Hasta nuestra Vía Láctea puede ser utilizada como lente. Si hay vida inteligente en el espacio explorando el universo como nosotros, podría apuntar sus telescopios hacia nuestra galaxia y ver la luz curvada de los mundos distantes detrás de nosotros.

Curiosamente, hasta un objeto pequeño como el Sol puede desviar la luz de otras estrellas. Pero desvía la luz en un ángulo muy pequeño, por lo que esta diferencia apenas se aprecia.

Y a veces podemos ver el fenómeno de copia que ocurre en Sunburst Arc aquí mismo, en la Tierra. Ni siquiera necesitas un telescopio. Es posible ver tres soles en el horizonte en días de mucho frío. Los responsables son los mismos cristales de hielo que crean el halo alrededor de una luz en la calle. Refractan la luz del Sol de manera tal que el halo circular termina con dos puntos brillantes a cada lado del Sol real. Estos puntos son tan brillantes y grandes que pueden confundirse con una estrella de verdad.

Un efecto similar se produce con la luz de la Luna. La Luna refleja los rayos del Sol hacia la Tierra, pero los cristales de las nubes refractan la luz de manera tal que podemos ver dos puntos azules junto a la propia Luna.

Pero, cuando se trata de lentes gravitacionales en el espacio, estas no solo desvían la luz, sino también el flujo del tiempo. Las reglas son sencillas: cuanto más grande y pesado es el objeto, más lento fluye el tiempo cerca de él.

Así que, si encontraras un agujero negro supermasivo y lograras llegar a su corazón, el tiempo prácticamente se detendría para ti. Un minuto cerca de un agujero negro puede equivaler a semanas o incluso meses en la Tierra.

Pero la Tierra también es bastante pesada, y también ralentiza el flujo del tiempo. Es posible volar lo suficientemente lejos de ella como para librarte de su influencia gravitatoria. Si lo hicieras, te moverías un poco más rápido en el tiempo que todos los demás en la Tierra.

Existe una persona que realmente ha hecho ese viaje. Se trata de un astronauta que ha estado en la Estación Espacial Internacional durante 803 días, 9 horas y 39 minutos, ¡y hasta ha pasado 41 horas en el espacio exterior! Ahora se mueve en el tiempo por delante de todos los habitantes de la Tierra por 0,02 segundos.

Regresemos a nuestra red de espacio-tiempo. Pongamos la Tierra aquí. Ha alterado la red solo un poco, pero eso es suficiente para hacer que el flujo de tiempo en el centro del embudo difiera del flujo de tiempo a unos pocos centímetros de distancia. Fue así como este astronauta logró viajar en el tiempo hacia el futuro.