SN Winny: la lente gravitacional multiplica una supernova

La tasa a la que se expande nuestro universo, conocida como la constante de Hubble, sigue siendo una de las disputas más significativas de la física moderna, creando una discrepancia que desafía el modelo estándar de cosmología. Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), la Universidad Ludwig Maximilian (LMU) y los Institutos Max Planck (MPA y MPE) ha identificado un evento celestial poco común que finalmente podría resolver este conflicto. En agosto de 2025, los astrónomos descubrieron la SN 2025wny, apodada SN Winny, una supernova superlumínica cuya luz ha sido dividida en cinco imágenes distintas por una lente gravitacional. Esta alineación única proporciona una herramienta directa e independiente para medir distancias cósmicas y calcular la tasa de expansión con una precisión sin precedentes.

¿Qué es la tensión de Hubble?

La tensión de Hubble se refiere al desacuerdo significativo entre los dos métodos principales utilizados para calcular la tasa de expansión del universo. Un método mide el universo "local" utilizando la escalera de distancias cósmicas, mientras que el otro analiza el fondo cósmico de microondas (CMB) del universo primitivo. A pesar de la alta precisión en ambos enfoques, los resultados no coinciden, lo que sugiere que nuestra comprensión fundamental de la física o de la energía oscura podría estar incompleta. Resolver esta tensión es crítico porque la constante de Hubble dicta la edad, el tamaño y el destino final del cosmos.

Las mediciones tradicionales a menudo dependen de complejos pasos de calibración. El método local utiliza "candelas estándar", como tipos específicos de estrellas o supernovas, para estimar distancias. Sin embargo, debido a que cada peldaño de la escalera de distancias cósmicas depende de la precisión del anterior, se pueden acumular pequeños errores sistemáticos. Por el contrario, el método del CMB se basa en modelos sobre cómo evolucionó el universo a lo largo de miles de millones de años. Si estos modelos contienen incluso ligeras imprecisiones respecto al comportamiento de la energía oscura o de la materia, la tasa de expansión calculada estará sesgada. SN Winny ofrece una forma de eludir estos problemas mediante una medición geométrica directa.

¿Cómo crea el efecto de lente gravitacional múltiples imágenes de una supernova?

El efecto de lente gravitacional crea múltiples imágenes de una supernova cuando una galaxia masiva o un cúmulo de galaxias en primer plano curva y magnifica la luz de la supernova a lo largo de trayectorias separadas. Según la relatividad general de Einstein, la gravedad deforma el tejido del espacio-tiempo; a medida que la luz de SN Winny viajaba 10.000 millones de años luz hacia la Tierra, se encontró con dos galaxias en primer plano. Esta alineación masiva actuó como una lupa cósmica natural, dividiendo la luz en cinco trayectorias distintas de longitudes variables, lo que resultó en cinco copias azuladas de la misma estrella en explosión apareciendo en el cielo nocturno.

La geometría de este sistema de lentes específico es excepcionalmente limpia, lo que supone un cambio respecto a descubrimientos anteriores. "Hasta ahora, la mayoría de las supernovas con lente eran magnificadas por cúmulos de galaxias masivos, cuyas distribuciones de masa son complejas y difíciles de modelar", explica Allan Schweinfurth, investigador de la TUM. Debido a que SN Winny está bajo el efecto de lente de solo dos galaxias individuales con distribuciones de masa uniformes, el equipo puede modelar el sistema con alta precisión. Esta simplicidad reduce la incertidumbre sobre cuánto se curvó la luz, proporcionando un "mapa" más claro del viaje que realizó la luz para llegar al Large Binocular Telescope en Arizona.

¿Por qué es tan inusual el descubrimiento de la SN 2025wny (SN Winny)?

SN 2025wny es excepcionalmente rara porque es una supernova superlumínica perfectamente alineada con una lente gravitacional a un alto corrimiento al rojo de z = 2. La probabilidad matemática de que una supernova se posicione tan precisamente detrás de una lente en primer plano para producir cinco imágenes separadas es inferior a una entre un millón. Este descubrimiento fue el resultado de una búsqueda dirigida de seis años por parte del SN Winny Research Group, que compiló una lista de lentes gravitacionales prometedoras antes de que el evento finalmente coincidiera en agosto de 2025.

La rareza se ve agravada por la naturaleza de la propia estrella. SN Winny es una supernova superlumínica, lo que significa que es mucho más brillante que las explosiones estelares típicas. Este brillo extremo permitió al Large Binocular Telescope en Mount Graham capturar imágenes en color de alta resolución del sistema, a pesar de que se encuentra a 10.000 millones de años luz de distancia. Sherry Suyu, profesora asociada de Cosmología Observacional en la TUM y becaria en el Instituto Max Planck de Astrofísica, señaló que el evento es un hito clave para la cosmología observacional, ya que solo se han intentado un puñado de tales mediciones con lente.

¿Cómo pueden los retrasos temporales en supernovas con lente medir la tasa de expansión del universo?

Los retrasos temporales en las supernovas con lente miden la tasa de expansión del universo porque cada una de las cinco imágenes recorre una trayectoria de diferente longitud para llegar a la Tierra. Aunque la supernova es un evento único, las imágenes no aparecen simultáneamente; en su lugar, se "encienden" en momentos diferentes. Al medir el retraso temporal específico entre estas apariciones y combinar esos datos con la masa conocida de las galaxias que actúan como lente, los astrónomos pueden calcular directamente la constante de Hubble sin necesidad de la escalera de distancias cósmicas de múltiples pasos.

Este enfoque de "un solo paso" es defendido por Stefan Taubenberger, autor principal del estudio de identificación publicado en Astronomy & Astrophysics. Debido a que el método se basa en una física diferente y en menos suposiciones que las técnicas anteriores, sirve como un desempate crucial para la tensión de Hubble. Leon Ecker y Allan Schweinfurth construyeron los primeros modelos de distribución de masa para la lente, confirmando que las galaxias aún no han colisionado, lo que preserva la regularidad de las trayectorias de la luz. Esta regularidad es lo que permite el cálculo de alta precisión de qué tan rápido se está estirando el espacio entre las galaxias.

¿Cuál es la importancia de las observaciones del Large Binocular Telescope?

El Large Binocular Telescope (LBT) en Arizona desempeñó un papel fundamental en este descubrimiento al proporcionar las primeras imágenes en color de alta resolución del sistema SN Winny. Utilizando dos espejos de 8,4 metros de diámetro y un avanzado sistema de óptica adaptativa, el telescopio corrigió el desenfoque atmosférico para revelar las dos galaxias de tonos cálidos en primer plano y las cinco copias azuladas de la supernova. Estas observaciones son esenciales para determinar las posiciones exactas de las imágenes, que se utilizan para calcular el potencial gravitatorio de la lente.

• Instrumento: Large Binocular Telescope, Mount Graham, Arizona.
• Tecnología: Espejos duales de 8,4 metros con óptica adaptativa.
• Hallazgos: Cinco imágenes distintas de una sola supernova con un corrimiento al rojo z = 2.
• Instituciones: Colaboración que involucra a investigadores de MPE, LMU y TUM.

Implicaciones para el futuro de la cosmología

Los datos de SN Winny podrían confirmar potencialmente una desviación del Modelo Estándar de Cosmología. Si la tasa de expansión calculada a partir de esta supernova con lente coincide con las mediciones locales en lugar de con los datos del universo primitivo, podría indicar que la energía oscura evoluciona con el tiempo o que se requiere nueva física para explicar el crecimiento del universo. Esto obligaría a un cambio masivo en la forma en que los científicos ven la "receta cósmica" de materia y energía que gobierna nuestro universo.

Además, el éxito del proyecto de investigación HOLISMOKES (Highly Optimised Lensing Investigations of Supernovae, Microlensing Objects, and Kinematics of Ellipticals and Spirals) sienta las bases para futuros observatorios. Se espera que el Observatorio Vera C. Rubin y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) encuentren cientos de supernovas con lente en la próxima década. SN Winny sirve como el estándar de oro sobre cómo se modelarán y analizarán estos futuros descubrimientos para resolver el misterio de la constante de Hubble.

¿Qué sigue para la SN Winny y la investigación cosmológica?

Astrónomos de todo el mundo están llevando a cabo actualmente observaciones de seguimiento de SN Winny utilizando activos tanto terrestres como espaciales. El objetivo inmediato es refinar las mediciones del retraso temporal a medida que la supernova se desvanece, asegurando la mayor precisión posible para el cálculo de la constante de Hubble. Estos resultados, respaldados por el Cluster de Excelencia ORIGINS y la Sociedad Max Planck, serán probablemente una piedra angular del debate cosmológico durante los próximos años.

Mientras la comunidad científica espera las cifras finales de expansión, el descubrimiento de SN Winny demuestra que los "fuegos artificiales cósmicos" son más que un simple espectáculo visual; son herramientas matemáticas precisas. Al convertir un viaje de 10.000 millones de años luz en una regla geométrica, los investigadores están más cerca que nunca de comprender el límite de velocidad fundamental de nuestro universo en expansión. La transición de una búsqueda de seis años a una medición innovadora destaca el poder de la colaboración internacional en la cosmología observacional.