Hubble observa supernova "multiplicada" graças a efeito de lente gravitacional

Ao analisar dados coletados pelo telescópio Hubble em 2016, uma equipe de astrônomos se deparou com quatro imagens da galáxia MRG-M0138, localizada a 10 bilhões de anos-luz de nós, com luz distorcida pelo aglomerado de galáxias MACS J0138.0-2155. Além disso, os dados mostraram outra surpresa: nas imagens da galáxia de fundo, havia também três imagens de uma supernova, graças ao efeito de lente gravitacional.

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Formados por grupos de galáxias que vão se unindo ao longo de bilhões de anos, os aglomerados abrigam milhares de galáxias de diferentes tamanhos, formatos e idades. A massa dessas estruturas pode chegar a um bilhão de vezes à do Sol e, por isso, pode acontecer um efeito interessante de distorção no espaço-tempo, descrito por Albert Einstein na Teoria da Relatividade Geral.

Essa distorção pode ser observada nas chamadas lentes gravitacionais, que causam uma leve “torção” na luz, ampliando ou dividindo a luminosidade observada. “Quando a luz de um objeto distante passa muito perto de uma galáxia ou aglomerado à frente, a lente gravitacional pode fazer com que a luz se pareça com imagens múltiplas”, explica Dr. Steven Rodney, um dos autores do estudo.

Para observá-las, é necessário ter um telescópio sensível e de alta resolução — que, felizmente, é o caso do Hubble. Lançado em 1990 e responsável por algumas das maiores descobertas já feitas sobre o universo, o telescópio consegue identificar lentes gravitacionais distantes e difusas, algo que telescópios em solo não conseguiriam fazer devido à atmosfera terrestre. Assim, os dados do telescópio mostraram quatro imagens da MRG-M0138, uma grande galáxia a 10 bilhões de anos-luz de distância na constelação de Cetus, a Baleia.

Havia lentes gravitacionais nela causadas pelo aglomerado MACS J0138.0-2155, localizado no primeiro plano da imagem, junto de outra surpresa: em meio às imagens da galáxia do fundo, os pesquisadores identificaram também a supernova AT2016jka multiplicada. “Provavelmente, é uma supernova do tipo Ia, uma explosão de um remanescente estelar de baixa massa, cuja curva de luz pode ser usada para medir distâncias cósmicas”, explicam os autores.

Se a fonte de luz for variável, ela pode ser usada para cálculos da taxa de expansão cósmica e em modelos de energia escura. Alcançar esses objetivos exige a identificação de várias lentes e medidas precisas do atraso de tempo, e as supernovas podem ajudar na tarefa. Os autores explicam que as lentes gravitacionais delas têm formas e curvas de luz conhecidas, um comportamento fotométrico relativamente simples se comparado àquele de outros objetos, como quasares.

Como eles encontraram três imagens da lente da supernova em atrasos menores que 200 dias, a equipe estima que uma nova imagem deverá aparecer perto do núcleo do aglomerado em 2037. “A observação da quarta imagem pode fornecer precisão de atraso de 7 dias, menos de 1% da linha de base de 20 anos”, disseram os autores. Por fim, eles ressaltam que a classificação da supernova e o tempo de reaparecimento dela podem ser aprimorados com modelagens de novas lentes somada à análise ampla de incertezas sistemáticas.

O artigo com os resultados do estudo foi publicado no repositório arXiv.org, sem revisão de pares.

Fonte: Sci-News