Desvela los misterios de la materia oscura con una supernova representada con doble gravedad

Físicos y astrónomos han descubierto una supernova tipo Ia de múltiples imágenes, «SN Zwicky», que permite un estudio sin precedentes de las propiedades de las galaxias, los fenómenos de lentes gravitacionales, la materia oscura y la expansión del universo.

Un equipo de físicos y astrónomos dirigido por investigadores del Centro Oskar Klein de la Universidad de Estocolmo ha logrado un avance interesante en nuestra capacidad para investigar cómo las galaxias deforman el espacio circundante con el descubrimiento de una supernova de tipo Ia de múltiples imágenes, denominada «SN Zwicky». astronomía natural.

El equipo dirigido por Ariel Gubar del Centro Oskar Klein de la Universidad de Estocolmo detectó una supernova de tipo Ia, SN Zwicky. Las supernovas de tipo Ia juegan un papel importante en la medición de distancias cósmicas. Se utilizaron para descubrir la expansión acelerada del universo, que condujo al Premio Nobel de Física de 2011. La supernova recién descubierta destaca por su brillo excepcional y la formación de múltiples imágenes, un fenómeno raro predicho por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

En circunstancias inusuales, los grandes objetos astronómicos actúan como lupas cósmicas. Estas lentes de aumento también crean múltiples estelas de luz que son visibles en diferentes lugares del cielo. Crédito: Niki Arendsi

A las pocas semanas de detectar la supernova en la Instalación de Tránsito Zwicky en el Observatorio Palomar, el equipo observó a SN Zwicky usando instrumentos de óptica adaptativa en el Observatorio W.M. Keck sobre Maunakea, Hawái, y los Telescopios Muy Grandes en Chile. Las observaciones del Observatorio Keck resolvieron las múltiples imágenes, lo que confirma la fuerte hipótesis de la lente detrás del brillo inusual de la supernova. Las cuatro imágenes de SN Zwicky también se señalan con[{» attribute=»»>NASA’s Hubble Space Telescope.

Large astronomical bodies act as cosmic magnifying glasses

The multiply-imaged lensing effect observed in SN Zwicky is the result of the gravitational field exerted by a foreground galaxy acting as a gravitational lens. Under extraordinary circumstances, large astronomical bodies act as cosmic magnifying glasses. These magnifying glasses also create multiple light paths visible at different positions in the sky. Observing the multiple images not only reveals details about the strongly lensed supernova, it also offers a unique opportunity to explore the properties of the foreground galaxy that causes the deflection of light. This could teach astronomers more about the inner cores of galaxies and dark matter. Lensed supernovae are also very promising tools to refine models describing the expansion of the universe.

Los objetos con grandes masas, como galaxias o cúmulos de galaxias, distorsionan el espacio-tiempo a su alrededor de tal manera que pueden crear múltiples imágenes de objetos de fondo. Este efecto se llama lente gravitacional fuerte. Crédito: Agencia Espacial Europea/Hubble, NASA

Nuevos métodos para investigar las lentes gravitacionales

A medida que los científicos continúan desentrañando las complejidades del universo, el descubrimiento de la lente multiimagen de SN Zwicky ofrece nuevas vías para investigar los fenómenos de lentes gravitacionales y sus implicaciones para la cosmología. Este es un paso importante para descubrir los misterios de la materia oscura, la energía oscura y el destino final de nuestro universo. «La ampliación extrema de SN Zwicky nos brinda una oportunidad sin precedentes para estudiar las propiedades de las explosiones de supernovas distantes de Tipo Ia, que necesitamos cuando las usamos para investigar la naturaleza de la energía oscura», dice Joel Johansson, becario postdoctoral en la Universidad de Estocolmo. Coautor del estudio.

Acercamiento a la supernova de Zwicky: Comenzando con una pequeña parte de la cámara Palomar ZTF, uno de los 64 «cuádruples», cada uno con decenas de miles de estrellas y galaxias, el zoom nos lleva a exploraciones detalladas realizadas con los telescopios VLT y Keck más grandes y nítidos. en el mundo, Chile y Hawai, respectivamente. En las imágenes mejor resueltas de Keck, se pueden ver cuatro «copias» casi idénticas de la supernova Zwicky. Las múltiples imágenes aparecen debido a la deformación del espacio causada por la galaxia en primer plano, que también se ve en el centro y aproximadamente a mitad de camino entre el sitio de la explosión de la supernova y la Tierra». Crédito: J. Johansson

El profesor Ariel Jobar, investigador principal del proyecto y director del Centro Oskar Klein de la Universidad de Estocolmo, expresó su entusiasmo por este importante resultado: “El descubrimiento de SN Zwicky no solo muestra las notables capacidades de los instrumentos astronómicos modernos, sino que también representa un importante paso adelante. en nuestra búsqueda por comprender las fuerzas fundamentales que dan forma a nuestro universo”.

El equipo del Centro Oscar Klein, Departamento de Física, Universidad de Estocolmo dirigió el descubrimiento de SN Zwicky: de izquierda a derecha Edvard Mortsel, Steve Schulz, Joel Johansson, Ana Sagos Caracedo, Ariel Jobar y Niki Arendsi. Crédito: Centro Oscar Klein

Los hallazgos del equipo se publican en la revista Nature Astronomy, en un artículo titulado «Detección de un cúmulo de galaxias con lentes gravitacionales usando los lúmenes estándar de aumento de SN Zwicky». La publicación proporciona un análisis completo de SN Zwicky, incluidos datos de espectroscopia y de imágenes recopilados de telescopios de todo el mundo.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Explosión de supernova detectada por raras «lupas cósmicas».

Referencia: «Revelación de un grupo de lentes gravitacionales de galaxias usando la vela estándar de aumento de SN Zwicky» por Ariel Jobar, Joel Johansson, Steve Schulz, Niki Arendsi, Ana Sagos Caracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mortsel, Christopher Fremling, Lin Yan, Daniel Perle, Jesper Sulerman, Remy Joseph, K-Ryan Hinds, William Meynardie, Igor Andreoni, Eric Bellm, Josh Bloom, Thomas E. Collett, Andrew Drake, Matthew Graham, Mansi Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Cameron Lemon, Adam A. Miller, James Neil, Jacob Norden, Justin Berrell, Johann Richard, Reid Riedel, Mikael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabriel Stewart, Alice Townsend, Joseph Fenko, J. Craig Wheeler y Avery Wold, 12 de junio de 2023, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

Instituciones que incluyen el Instituto de Tecnología de California, la organización líder detrás de Bright Transient Survey donde se encontró a SN Zwicky, la Universidad de Cambridge, la Universidad John Moores de Liverpool, la Universidad de Maryland, el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA,[{» attribute=»»>University of Washington, University of California, Berkeley, University of Portsmouth, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Northwestern University, Humboldt-Universitat zu Berlin, Space Telescope Science Institute, Université de Lyon, CNRS-IN2P3 in France, University of Texas at Austin, and Konkoly Observatory have also contributed to this groundbreaking research.

Researchers at Stockholm University involved in the work are Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar, Nikki Arendse and Remy Joseph from the Department of Physics and Jesper Sollerman from the Department of Astronomy.