Cuádruple Toma: Desvelando los misterios de la materia oscura con supernovas gravitacionalmente lentejeadas y con varias imágenes.

Ampliando en supernova Zwicky: partiendo de una pequeña porción de la cámara Palomar ZTF, una de cada 64 "cuadrantes", cada uno de ellos conteniendo decenas de miles de estrellas y galaxias, la ampliación nos lleva a exploraciones detalladas llevadas a cabo con los telescopios VLT y Keck más grandes y nítidos en Chile y Hawái, respectivamente. En las mejores imágenes resueltas de Keck, se pueden ver las cuatro "copias" casi idénticas de la supernova Zwicky. Las múltiples imágenes surgen debido al distorsionamiento del espacio causado por una galaxia en primer plano, también visible en el centro y aproximadamente a medio camino entre el lugar de la explosión de la supernova y la Tierra. Crédito: J. Johansson

Los físicos y astrónomos han descubierto una supernova de tipo Ia con lente múltiple, "SN Zwicky", lo que permite un estudio sin precedentes de las propiedades de las galaxias, los fenómenos de la lente gravitacional, la materia oscura y la expansión del universo.

Un equipo de físicos y astrónomos liderado por investigadores del Oskar Klein Centre de la Universidad de Estocolmo ha logrado un avance intrigante en nuestra capacidad para explorar cómo las galaxias distorsionan el espacio circundante con el descubrimiento de una supernova de tipo Ia con lente múltiple, apodada "SN Zwicky". Los resultados se publican en Nature Astronomy.

El equipo, liderado por Ariel Goobar del Oskar Klein Centre de la Universidad de Estocolmo, descubrió una supernova de tipo Ia inusual, SN Zwicky. Las supernovas de tipo Ia desempeñan un papel crucial en la medición de las distancias cósmicas. Se utilizaron para el descubrimiento de la expansión acelerada del universo, lo que llevó al Premio Nobel de Física de 2011. La supernova recién descubierta destaca por su extraordinario brillo y la configuración de múltiples imágenes, un fenómeno raro predicho por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

Bajo circunstancias extraordinarias, los cuerpos astronómicos grandes actúan como lentes cósmicos. Estas lentes también crean múltiples trayectorias de luz visibles en diferentes posiciones en el cielo. Crédito: Nikki Arendse

En cuestión de semanas después de detectar la supernova en el Zwicky Transient Facility en el Observatorio Palomar, el equipo observó SN Zwicky con los instrumentos de óptica adaptativa en el Observatorio W. M. Keck en la cima del Maunakea, Hawái, y los Telescopios Muy Grandes en Chile. Las observaciones del Observatorio Keck resolvieron las múltiples imágenes, confirmando la hipótesis de la lente gravitacional detrás del brillo inusual de la supernova. Las cuatro imágenes de SN Zwicky también fueron observadas con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

El efecto de lente gravitacional observado en SN Zwicky con múltiples imágenes es el resultado del campo gravitacional ejercido por una galaxia en primer plano actuando como una lente gravitacional. Bajo circunstancias extraordinarias, los cuerpos astronómicos grandes actúan como lentes cósmicos. Estas lentes también crean múltiples trayectorias de luz visibles en diferentes posiciones en el cielo. La observación de las múltiples imágenes no solo revela detalles sobre la supernova fuertemente lenteada, sino que también ofrece una oportunidad única para explorar las propiedades de la galaxia en primer plano que causa la desviación de la luz. Esto podría enseñar a los astrónomos más sobre los núcleos internos de las galaxias y la materia oscura. Las supernovas lenteada también son herramientas muy prometedoras para refinar los modelos que describen la expansión del universo.

Los objetos con masas grandes, como galaxias o cúmulos de galaxias, deforman el espacio tiempo que los rodea de tal manera que pueden crear múltiples imágenes de objetos de fondo. A este efecto se le llama lente gravitacional fuerte. Crédito: ESA/Hubble, NASA

A medida que los científicos continúan desentrañando las complejidades del universo, el descubrimiento del efecto de lente gravitacional múltiple de SN Zwicky presenta nuevas vías para investigar los fenómenos de lente gravitacional y sus implicaciones para la cosmología. Este es un paso importante hacia desentrañar los misterios de la materia oscura, la energía oscura y el destino final de nuestro cosmos. "La extrema amplificación de SN Zwicky nos brinda una oportunidad sin precedentes para estudiar las propiedades de las explosiones de supernovas de tipo Ia distantes, que necesitamos cuando las usamos para explorar la naturaleza de la energía oscura", dice Joel Johansson, investigador postdoctoral de la Universidad de Estocolmo y coautor del estudio.

Zooming in to supernova Zwicky: starting from a small portion of the Palomar ZTF camera, one out of 64 “quadrants”, each one containing tens of thousands of stars and galaxies, the zoom in takes us to detailed explorations carried out with the larger and sharper VLT and Keck telescopes in Chile and Hawai’i respectively. On the best resolved Keck images, the four nearly identical “copies” of supernova Zwicky can be seen. The multiple images arise due to the warping of space caused by a foreground galaxy, also seen in the center and approximately half-way between the site of the supernova explosion and Earth.” Credit: J. Johanssonif(typeof ez_ad_units!='undefined'){ez_ad_units.push([[300,250],'scitechdaily_com-box-4','ezslot_8',608,'0','0'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-box-4-0');

Professor Ariel Goobar, the project’s principal investigator and the director of the Oskar Klein Centre at Stockholm University, expressed his enthusiasm for this significant finding: “The discovery of SN Zwicky not only showcases the remarkable capabilities of modern astronomical instruments but also represents a significant step forward in our quest to understand the fundamental forces shaping our universe.”

The team at the Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University leading the discovery of SN Zwicky: from the left Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar and Nikki Arendse. Credit: The Oskar Klein Centre

The team’s findings have been published in Nature Astronomy, in a paper titled “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky”. The publication provides a comprehensive analysis of SN Zwicky, including imaging and spectroscopic data collected from telescopes around the world.

For more on this research, see Supernova Explosion Revealed by Rare “Cosmic Magnifying Glasses.”

Reference: “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky” by Ariel Goobar, Joel Johansson, Steve Schulze, Nikki Arendse, Ana Sagués Carracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mörtsell, Christoffer Fremling, Lin Yan, Daniel Perley, Jesper Sollerman, Rémy 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 D. Neill, Jakob Nordin, Justin Pierel, Johan Richard, Reed Riddle, Mickael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabrielle Stewart, Alice Townsend, Yozsef Vinko, J. Craig Wheeler and Avery Wold, 12 June 2023, Nature Astronomy.DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

Institutions including the California Institute of Technology – the leading institution behind the Bright Transient Survey where SN Zwicky was found, University of Cambridge, Liverpool John Moores University, University of Maryland, NASA Goddard Space Flight Center, 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.