En diciembre de 2020 el equipo de la Agencia Espacial Europea (ESA) publicó una imagen tomada por el telescopio espacial Hubble de GAL-CLUS-022058s, el anillo de Einstein más grande y uno de los más completos jamás descubiertos, ubicado en la constelación del hemisferio sur de Fornax (El Horno). Desde entonces, estas observaciones se han utilizado para desarrollar un modelo de lente gravitacional que ha permitido estudiar las propiedades físicas de la galaxia amplificada.

Un equipo internacional de astrónomos liderado por el investigador de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), Anastasio Díaz-Sánchez, y en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha utilizado observaciones en múltiples longitudes de onda, que incluyen las realizadas con el telescopio espacial Hubble, para estudiar el anillo de Einstein en detalle. Los resultados del estudio se han publicado hoy en la revista The Astrophysical Journal.

Einstein propuso por primera vez la existencia de estos objetos en la Teoría General de la Relatividad. La forma inusual de esta galaxia puede explicarse mediante un proceso llamado lente gravitacional, que provoca que la luz que brilla desde la galaxia lejana se curve y sea arrastrada por la gravedad de un objeto situado entre dicha galaxia y el observador.

En este caso, la luz de la galaxia lejana se ha distorsionado en la curva que se aprecia debido a la fuerza de la gravedad del cúmulo de galaxias que se encuentra frente a ella. La alineación casi exacta de la galaxia lejana con el centro del cúmulo de galaxias, que se puede ver en el centro de la imagen, ha deformado y amplificado la imagen de la galaxia lejana en un anillo casi perfecto. Además, la fuerza de la gravedad de las galaxias que pertenecen al cúmulo provoca distorsiones adicionales.

El equipo de astrónomos ha utilizado observaciones en múltiples longitudes de onda y, a partir de los datos de archivo del instrumento FORS instalado en el Very Large Telescope (VLT), y de observaciones propias realizadas con el instrumento nFLASH20 del telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment, por sus siglas en inglés), ambos pertenecientes al Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, han determinado el valor del desplazamiento al rojo de la galaxia lejana. Para estudiar este anillo de Einstein en detalle, las imágenes del telescopio espacial Hubble han sido esenciales.

“Para derivar las propiedades físicas de la galaxia amplificada se necesita un modelo de lente gravitacional. Tal modelo se ha podido obtener gracias a las imágenes tomadas por el telescopio espacial Hubble”, explica Anastasio Díaz-Sánchez, investigador de la Universidad Politécnica de Cartagena y autor principal del trabajo. “En particular, las imágenes proporcionadas por este telescopio nos han ayudado a identificar las cuatro imágenes de la galaxia lejana producidas por la lente gravitacional y también los cúmulos estelares de la galaxia amplificada”, añade.

A partir de este modelo de lente, el equipo calculó el factor de amplificación, que es un parámetro importante de la lente gravitacional. Esto permitió estudiar las propiedades físicas intrínsecas de la galaxia amplificada. “La galaxia amplificada es una de las galaxias más brillantes a longitudes de onda submilimétricas ­­­−señala Helmut Dannerbauer, investigador del IAC y coautor del estudio−. Nuestra investigación también ha demostrado que se trata de una galaxia con una formación de estrellas normal, de las que se encuentran en la secuencia principal en la época de máxima formación estelar del Universo”.

De especial interés para la investigación ha sido el cálculo de la distancia a la galaxia lejana, realizado a partir del valor de su desplazamiento al rojo, que es z = 1.47, y que muestra que la luz proveniente de ella ha viajado aproximadamente 9.400 millones de años luz. “La detección de gas molecular, del que nacen las nuevas estrellas, nos permitió calcular el desplazamiento al rojo con gran precisión, y nos confirma que realmente estamos observando a una galaxia muy distante”, indica Nikolaus Sulzenauer, estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania y coautor del trabajo, que realizó su tesis de máster en colaboración con los investigadores del IAC y la UPCT de este estudio.

Además, el equipo determinó que el factor de aumento de la galaxia es de 20, lo que consigue que la capacidad de observación del telescopio espacial Hubble sea equivalente a la de un telescopio de 48 metros, de mayor tamaño que los telescopios extremadamente grandes actualmente planeados.

“Gracias a las imágenes de este telescopio podemos ver claramente los brazos espirales y la protuberancia central de la galaxia. Esto nos ayudará a comprender mejor la formación estelar en galaxias distantes en próximas observaciones de esta galaxia”, señala Susana Iglesias-Groth, investigadora del IAC y coautora del estudio.

El equipo de este estudio está formado por A. Díaz-Sánchez (Universidad Politécnica de Cartagena), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias), N. Sulzenauer (Instituto Max Planck de Radioastronomía, Alemania), S. Iglesias-Groth (Instituto de Astrofísica de Canarias) y R. Rebolo (Instituto de Astrofísica de Canarias).

Artículo: A. Díaz-Sánchez, H. Dannerbauer, N. Sulzenauer, S. Iglesias-Groth, y R. Rebolo. “The Einstein ring GAL-CLUS-022058s: a Lensed Ultrabright Submillimeter Galaxy at z=1.4796”. The Astrophysical Journal, 23 de septiembre de 2021. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac0f75

- Arxiv: https://arxiv.org/abs/2106.14281

Contacto en el IAC:

- Helmut Dannerbauer: helmut [at] iac.es (helmut[at]iac[dot]es)

- Susana Iglesias-Groth: sigroth [at] iac.es (sigroth[at]iac[dot]es)

- Rafael Rebolo: rrl [at] iac.es (rrl[at]iac[dot]es)