UNA SUPERNOVA, CINCO IMÁGENES, EL RITMO DE EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

¿A qué velocidad se expande hoy el universo? El número que lo responde es la constante de Hubble, H0. Dos de las principales formas de medirla —una «escalera» de distancias hasta estrellas y galaxias cercanas, y el débil resplandor del universo joven, el fondo cósmico de microondas— dan actualmente valores significativamente distintos. Esta discrepancia, la tensión de Hubble, es una de las grandes cuestiones abiertas de la cosmología.

Existe una tercera vía, y no depende de ninguna de las dos.

Una lente cósmica con reloj incorporado

Cuando un objeto muy masivo —una galaxia o todo un cúmulo de galaxias— se sitúa delante de una fuente lejana, su gravedad curva la luz y puede dividir la fuente en varias imágenes. Es la lente gravitatoria fuerte. Los rayos de luz siguen trayectorias de distinta longitud. Si la fuente cambia de brillo, las imágenes cambian una tras otra.

Esos retrasos temporales dependen de la masa de la lente y de las distancias cósmicas y, por tanto, de H0. La idea la propuso Refsdal en 1964, con supernovas vistas en varias imágenes.

La primera supernova de este tipo, hoy conocida como SN Refsdal, se descubrió en 2014 detrás del cúmulo de galaxias MACS J1149.5+2223. Apareció primero como cuatro imágenes alrededor de una galaxia del cúmulo; una quinta imagen, predicha por los modelos, se esperaba aproximadamente un año después. Entre los retrasos medidos hay uno de 376 días entre dos imágenes.

77.000 píxeles en lugar de unos pocos puntos

Lo difícil es saber con exactitud cómo se distribuye la masa del cúmulo. Hasta ahora, los modelos solo usaban las posiciones de las imágenes múltiples de galaxias de fondo. Stefan Schuldt, de la Universidad de Turku y la Universidad de Milán, y sus colegas de Italia, Alemania, España y Finlandia fueron más allá.

Su modelo ya incluía 308 galaxias del cúmulo, halos de materia oscura y más de 100 imágenes múltiples de 17 fuentes de fondo. Además, añadieron la forma y el brillo completos de la galaxia que albergaba la supernova: 77.000 píxeles del telescopio espacial Hubble. Es la primera medición de parámetros cosmológicos con este tipo de modelo para un cúmulo de galaxias.

Por prudencia, probaron cuatro formas de ponderar los datos y contaron las diferencias entre ellas como una incertidumbre adicional.

Una medición al 3 %

• H0 = 65,0 (+2,0 / −1,8) kilómetros por segundo por megapársec, con el contenido de materia del universo, Ωm = 0,30, medido a la vez.
• La incertidumbre es del 3,0 %: el valor más preciso obtenido nunca con una sola lente fuerte, por delante de un resultado del 3,9 % obtenido con un cuásar amplificado por lente.
• Añadir los píxeles redujo la incertidumbre a la mitad en comparación con el mismo modelo usando solo las posiciones de las imágenes.
• Todas las versiones del modelo concuerdan entre sí y con estudios anteriores de SN Refsdal.

El valor concuerda con el del fondo cósmico de microondas medido por la misión Planck y con el de otra supernova amplificada por lente, SN Encore. Se aleja más del valor de la escalera de distancias del equipo SH0ES.

La incertidumbre del modelo de masas es ahora comparable a la del retraso más largo. Dicho de otro modo, el factor limitante ya no es el mapa, sino el reloj.

Lo que aún podría mover la cifra

Los autores enumeran lo que su 3 % no incluye. Mantuvieron fija la receta de masa del cúmulo para que la comparación con modelos anteriores fuera justa, de modo que los detalles de esa receta no se cuentan como incertidumbres. Un conocido punto ciego de las lentes, la «degeneración de lámina de masa» (mass-sheet degeneracy), solo está parcialmente controlado. Y si las líneas de visión a través de los cúmulos de galaxias estuvieran más vacías que la media, las lentes de cúmulo subestimarían H0.

La próxima prueba está cerca: otra supernova amplificada por lente, SN Requiem, debería reaparecer en 2026 o 2027, unos diez años después de que se observara por primera vez. Su retraso debería medirse con gran precisión y, con un modelo como este, podría dar H0 con un margen de unos pocos por ciento. Se espera que el Observatorio Rubin encuentre muchas más supernovas de este tipo.