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Es tiempo de mirar al cielo, de buscar las estrellas fugaces, y asombrarnos con la maravilla de las constelaciones, galaxias y planetas. Hay muchísimas estrellas en nuestro firmamento, pero, ¿realmente todas esas lucecitas corresponden a astros diferentes? Los astrónomos saben bien que una misma estrella o galaxia puede aparecer repetida varias veces en el cielo ¿Cómo se explica esto? Es un fenómeno que tiene que ver con la gravitación y también con la teoría de la relatividad general, pero además podría servir para resolver uno de los grandes problemas de la cosmología: el cálculo de la constante que mide la velocidad de expansión del universo, la constante de Hubble.

En los años 20 del siglo pasado se empezaron a descubrir galaxias fuera de la Vía Láctea, que mostraban en sus espectros un desplazamiento hacia el rojo. Según la ley de Doppler un desplazamiento hacia el rojo o el azul indican, respectivamente, un alejamiento o un acercamiento entre dos astros. Edwin Hubble describió muchas de estas galaxias y calculó su velocidad, comprobando que aquellas situadas a más distancia de nosotros se alejaban a mayor velocidad. En 1929 estableció por primera vez la relación entre la distancia de la galaxia y su corrimiento al rojo. Es la constante de Hubble, que no ha parado de ser calculada y recalculada a lo largo de los años (es pues, una constante poco constante).

Esta forma de calcular la constante se llama método de la escala de distancia y se puede hacer con las estrellas que mejor conozcamos, midiendo cuánto se desplaza su luminosidad hacia el rojo y calculando así la velocidad a la que se alejan de nosotros. El valor de la constante así calculada está en torno a 74 Km. por segundo y por mega pársec (Mpc, que son unos 3,26 millones de años luz). Esto significa que por cada mega pársec, una distancia inimaginablemente grande, las galaxias se alejan entre sí de promedio 74 km cada segundo. Pero hay otra forma de medir la constante, utilizando la radiación de fondo, esa que procede del resplandor que emitió el universo al hacerse transparente unos 300.000 años después de su creación, cuando la temperatura fue suficientemente baja para que se formaran átomos. La radiación de fondo se encuentra en la zona de las microondas y no es totalmente uniforme desde todos los puntos del universo. Utilizando el modelo cosmológico, con la radiación de fondo se llega a un valor de la constante de Hubble de 67 km/s/Mpc, bastante dispar con respecto al cálculo anterior. Este es uno de los problemas más graves de la cosmología actual y aunque los dos valores se han ido refinando y corrigiendo no se ha conseguido que se aproximen. Pues bien, recientemente la constante ha sido medida con un método diferente, ¿a cuál de las dos valores se parece más esta nueva medida?

En 2015 unos científicos predijeron la aparición de una supernova en un punto concreto del firmamento y en una fecha muy precisa. Una supernova es un fenómeno rarísimo que solo ocurre en una galaxia como la nuestra, de 100.000 millones de estrellas, unas dos veces cada siglo. El fenómeno dura tan solo unos pocos meses y es prácticamente imposible predecir qué estrellas lo van a producir y cuándo, por lo menos en términos del tiempo que manejamos en la vida de las personas. Solo las estrellas masivas, de como 10 veces la masa del Sol, implosionan al consumir todo su combustible comprimiendo su materia tanto, que termina explotando violentamente. La explosión, que podría llegar a competir con la luminosidad de la luna llena, dura unas pocas semanas y luego se va perdiendo lentamente a lo largo de unos meses. Cuando estos científicos anunciaron que aparecería una supernova en un punto concreto a lo largo de tan solo un par de meses, hubo muchas dudas a la hora de permitirles utilizar el telescopio Hubble para comprobarlo, poco más o menos les consideraron unos lunáticos. Pero finalmente consiguieron que el telescopio fuera apuntado a la zona señalada y, tal y como habían predicho, en la imagen tomada el 11 de diciembre de 2015, la supernova acudió a la cita.

Lo que había sucedido es que los científicos habían observado ya esa misma supernova antes. La luz emitida por ella había pasado en su camino hacia la Tierra cerca de un enorme cúmulo de galaxias con una masa increíblemente grande, por lo que los rayos de luz se habían curvado debido a la atracción gravitatoria. El cúmulo actuaba como una especie de lente, si bien lente gravitatoria. La curvatura experimentada por los rayos de luz procedentes de la supernova puede dar lugar a varios fenómenos: desde ver aumentada la luminosidad del objeto por concentración de los rayos luminosos, a que lo que veamos sea una aureola, un círculo discontinuo, o la misma imagen repetida varias veces. La supernova en cuestión se produjo como consecuencia de la explosión hace 9.000 millones de años de una estrella que emitió en todas direcciones muchísima luz. El cúmulo de galaxias por el que muchos de esos rayos luminosos pasaron curvaba el espacio tiempo debido a su gigantesca masa.

La expansión del universo

En este caso, la alineación casi perfecta entre la supernova, la lente gravitatoria y nosotros,  teniendo en cuenta que ese cúmulo de galaxias no es una esfera perfecta, hizo que los rayos de luz curvados convergieran en la Tierra, pero como habían recorrido distancias distintas, finalmente se formaron varias imágenes repetidas que nos llegaron con cierta diferencia temporal. Esta diferencia de tiempo no solo se debe a la diferencia de longitud del recorrido de los rayos de luz, también a que, al pasar cerca de una masa enorme, la curvatura del espacio tiempo hace que, para un observador externo, aparentemente viajen más despacio. Esto último es pura teoría de la relatividad general y no resulta nada fácil de imaginar. Se denomina demora gravitacional y ya se había calculado muchos años antes. El cúmulo de galaxias aludido era bien conocido por multiplicar las imágenes de muchas otras galaxias y estrellas.

La supernova, ya se veía desde hace bastantes años en torno a algunas de las imágenes repetidas de la galaxia a la que pertenecía la estrella explosionada. Lo que hicieron los investigadores fue calcular cuándo aparecería la supernova en una de las imágenes repetidas de la galaxia en la que todavía no se apreciaba. Sus cálculos les llevaron a una predicción enormemente correcta dando otro espaldarazo más, si es que hiciera falta, a la teoría de la relatividad general y al modelo cosmológico actual.

Además, se dieron cuenta que este descubrimiento podría servir para hacer un nuevo cálculo de la constante de Hubble. La demora temporal entre las apariciones de multi-lente de esta supernova ha permitido calcular la constante de expansión llegando a un valor de 64 Km/s/Mpc, valor que es más próximo al obtenido con el estudio de la radiación de fondo. Por supuesto esto no cierra todavía el debate, pero es un paso adelante para saber a qué velocidad se expande nuestro universo y cuál puede ser su destino final. Cuando miremos al cielo, quizá nos podamos acordar de que algunos de los objetos que vemos tienen una especie de efecto caleidoscópico, aparecen repetidos muchas veces ante nuestros ojos, y podemos recordar cuánta información se puede sacar de estas observaciones.

Imagen destacada: Supernova captada por el telescopio Hubble. | NASA, ESA, and J. Banovetz and D. Milisavljevic (Purdue University)