En ciertos lugares del firmamento, los astrónomos pueden observar imágenes distorsionadas de galaxias muy lejanas, cuya luz ha sido curvada por la gravedad de otra galaxia intermedia, que hace de lente, y enfocada hacia nosotros. En esos casos, el conjunto se comporta como un enorme telescopio que permite observar objetos que, en condiciones normales, estarían fuera del alcance de los telescopios terrestres o espaciales más poderosos. El inconveniente es que, la galaxia intermedia no es una lente perfecta. Dependiendo de su forma, tamaño, orientación y alineación puede proporcionar a un observador terrestre una o múltiples imágenes del mismo objeto, imágenes distorsionadas, curvadas o formando un anillo de luz, conocido como “anillo de Einstein”, alrededor de la galaxia que hace de lente. Así funciona una lente gravitatoria o gravitacional.

Las lentes gravitacionales no solamente permiten ver y estudiar objetos astronómicos que normalmente están fuera del alcance de un telescopio, sino que posibilita el estudio de la materia que la luz ha ido atravesando en su camino hasta el observador. Hablar de la materia implica tener en cuenta, no solamente aquella que podemos observar, la materia visible, sino toda aquella que no podemos detectar, pero cuya existencia es necesaria para explicar las interacciones gravitacionales de las galaxias y cúmulos. Esa materia invisible, conocida como “materia oscura”, no interactúa con nada conocido y constituye, según las teorías más aceptadas, más del 80 % de la materia existente en el Universo.

¿Qué relación existe entre los anillos de Einstein, las lentes gravitacionales y la materia oscura del Universo? Aunque la respuesta a esa pregunta no se conoce todavía, actualmente se están haciendo multitud de investigaciones que intentan acotar las soluciones en base a las teorías existentes. Una de esas investigaciones ha dado como resultado un artículo recientemente publicado en Nature Astronomy en el que ha participado nuestro invitado en Hablando con Científicos, José María Diego Rodríguez, Investigador del CSIC en el Instituto de Física de Cantabria.

José María Diego explica durante la entrevista que nadie sabe realmente qué es la materia oscura, eso sí, existe un buen cúmulo de teorías al respecto, algunas de las cuales incluso ponen en duda su existencia real. Las teorías más aceptadas presuponen que la materia oscura está supeditada a la existencia de una partícula hipotética que tiene la capacidad de moverse lentamente sin interactuar con la luz ni con la materia visible y cuya presencia únicamente se puede inferir porque influye en la materia ordinaria a través de la gravedad.

El artículo se basa en el estudio de las imágenes de una lente gravitatoria formada por una galaxia que concentra hacia nosotros la radiación emitida por otra mucho más lejana, cuyo agujero negro central emite un chorro de radiación en nuestra dirección. El conjunto, conocido como HS 0810+2554, crea tres imágenes del objeto lejano que han sido estudiadas por el estudiante de doctorado de la Universidad de Hong Kong Alfredo Amruth y un nutrido grupo de investigadores entre los que figura José María Diego. Ciertas perturbaciones, observadas en una de las tres imágenes del objeto lejano, podrían tener su explicación a la luz de una teoría que sugiera que la materia oscura está formada por partículas muy livianas (axiones), mucho más pequeñas que un electrón, en lugar de por partículas más masivas que se proponen en las teorías más aceptadas.

Os invito a escuchar las explicaciones de José María Diego Rodríguez, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el Instituto de Física de Cantabria, un instituto que depende del CSIC y de la Universidad de Cantabria.

Referencias:
Amruth, A., Broadhurst, T., Lim, J. et al. Anillos de Einstein modulados por materia oscura en forma de onda a partir de anomalías en imágenes con lentes gravitacionales. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-01943-9