Es un desafío hacer predicciones, especialmente en astronomía. Sin embargo, hay algunos pronósticos en los que los astrónomos pueden confiar, como el momento de los próximos eclipses lunares y solares y el regreso mecánico de algunos cometas.

Ahora, mirando más allá del sistema solar, los astrónomos han agregado una predicción sólida de un evento que ocurre en las profundidades del espacio intergaláctico: una imagen de una estrella en explosión, denominada Supernova Requiem, que aparecerá alrededor del año 2037. Aunque esta retransmisión no será visible a simple vista, algunos telescopios futuros deberían poder detectarlo.

Resulta que esta aparición futura será la cuarta vista conocida de la misma supernova, ampliada, iluminada y dividida en imágenes separadas por un cúmulo masivo de galaxias en primer plano que actúa como una lente de zoom cósmico. Tres imágenes de la supernova se encontraron por primera vez a partir de datos de archivo tomados en 2016 por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

Las múltiples imágenes son producidas por la poderosa gravedad del cúmulo de galaxias monstruosas, que distorsiona y magnifica la luz de la supernova muy atrás, un efecto llamado lente gravitacional. Este efecto, predicho por primera vez por Albert Einstein, es similar a una lente de vidrio que dobla la luz para ampliar la imagen de un objeto distante.

Las tres imágenes de supernovas con lentes, vistas como pequeños puntos capturados en una sola instantánea del Hubble, representan la luz de las secuelas explosivas. Los puntos varían en brillo y color, lo que significa tres fases diferentes de la explosión que se desvanece a medida que se enfría con el tiempo.

"Este nuevo descubrimiento es el tercer ejemplo de una supernova con múltiples imágenes para la que podemos medir el retraso en los tiempos de llegada", explicó el investigador principal Steve Rodney de la Universidad de Carolina del Sur en Columbia. "Es el más distante de los tres, y la demora prevista es extraordinariamente larga. Podremos regresar y ver la llegada final, que predecimos será en 2037, más o menos un par de años".

La luz que el Hubble capturó del cúmulo, MACS J0138.0-2155, tardó unos cuatro mil millones de años en llegar a la Tierra. La luz de la Supernova Requiem necesitó aproximadamente 10 mil millones de años para su viaje, según la distancia de su galaxia anfitriona.

La predicción del equipo de la aparición del regreso de la supernova se basa en modelos informáticos del cúmulo, que describen los diversos caminos que sigue la luz de la supernova a través del laberinto de materia oscura grumosa en el agrupamiento galáctico. La materia oscura es un material invisible que comprende la mayor parte de la materia del universo y es el andamio sobre el que se construyen las galaxias y los cúmulos de galaxias.

Cada imagen ampliada toma una ruta diferente a través del cúmulo y llega a la Tierra en un momento diferente, debido, en parte, a las diferencias en la longitud de los caminos que siguió la luz de la supernova.

"Siempre que algo de luz pasa cerca de un objeto muy masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, la deformación del espacio-tiempo que la teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que está presente para cualquier masa, retrasa el viaje de la luz alrededor de esa masa", dijo Rodney. 

Compara las diversas trayectorias de luz de la supernova con varios trenes que salen de una estación al mismo tiempo, todos viajando a la misma velocidad y con destino al mismo lugar. Sin embargo, cada tren toma una ruta diferente y la distancia para cada ruta no es la misma. Debido a que los trenes viajan por vías de diferentes longitudes a través de diferentes terrenos, no llegan a su destino al mismo tiempo.

Además, la imagen de la supernova con lente que se predice que aparecerá en 2037 va por detrás de las otras imágenes de la misma supernova porque su luz viaja directamente a través del centro del cúmulo, donde reside la cantidad más densa de materia oscura. La inmensa masa del cúmulo dobla la luz, produciendo un retraso de tiempo más largo. "Este es el último en llegar porque es como el tren que tiene que ir a lo más profundo de un valle y volver a salir. Ese es el tipo de viaje más lento para la luz", explicó Rodney.

Las imágenes de la supernova con lentes fueron descubiertas en 2019 por Gabe Brammer, coautor del estudio en el Cosmic Dawn Center del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca. Brammer detectó las imágenes de supernovas reflejadas mientras analizaba galaxias distantes magnificadas por cúmulos de galaxias masivas en primer plano como parte de un programa en curso del Hubble llamado REQUIEM.

Estaba comparando nuevos datos de REQUIEM de 2019 con imágenes de archivo tomadas en 2016 de un programa científico diferente del Hubble. Un pequeño objeto rojo en los datos de 2016 llamó su atención, que inicialmente pensó que era una galaxia lejana. Pero había desaparecido en las imágenes de 2019.

"Pero luego, en una inspección más profunda de los datos de 2016, noté que en realidad había tres objetos ampliados, dos rojos y uno morado", explicó. "Cada uno de los tres objetos se emparejó con una imagen con lente de una galaxia masiva distante. Inmediatamente me sugirió que no era una galaxia distante sino en realidad una fuente transitoria en este sistema que se había desvanecido de la vista en las imágenes de 2019 como una luz de bombilla que se había apagado".

Brammer se asoció con Rodney para realizar un análisis más detallado del sistema. Las imágenes de la supernova con lentes están dispuestas en un arco alrededor del núcleo del cúmulo. Aparecen como pequeños puntos cerca de las características manchadas de naranja que se cree que son instantáneas ampliadas de la galaxia anfitriona de la supernova.

El coautor del estudio, Johan Richard, de la Universidad de Lyon en Francia, elaboró un mapa de la cantidad de materia oscura en el cúmulo, deducido de la lente que produce. El mapa muestra las ubicaciones previstas de los objetos con lentes. Se predice que esta supernova volverá a aparecer en 2042, pero será tan tenue que el equipo de investigación cree que no será visible.

La captura de la repetición del evento explosivo ayudará a los astrónomos a medir los retrasos de tiempo entre las cuatro imágenes de supernova, lo que ofrecerá pistas sobre el tipo de terreno de espacio deformado que la luz de la estrella explotada tuvo que cubrir. Armados con esas mediciones, los investigadores pueden ajustar los modelos que trazan la masa del cúmulo. Desarrollar mapas precisos de materia oscura de cúmulos masivos de galaxias es otra forma en que los astrónomos miden la tasa de expansión del universo e investigan la naturaleza de la energía oscura, una forma misteriosa de energía que trabaja contra la gravedad y hace que el cosmos se expanda a un ritmo más rápido.

Este método de retardo de tiempo es valioso porque es una forma más directa de medir la tasa de expansión del universo, explicó Rodney. "Estos retrasos prolongados son particularmente valiosos porque puede obtener una medición buena y precisa de ese retraso si solo tienes paciencia y esperas años, en este caso más de una década, para que vuelva la imagen final", dijo. "Es una ruta completamente independiente para calcular la tasa de expansión del universo. El valor real en el futuro será utilizar una muestra más grande de estos para mejorar la precisión".

Detectar imágenes de supernovas con lentes será cada vez más común en los próximos 20 años con el lanzamiento del telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el inicio de operaciones en el Observatorio Vera C. Rubin. Ambos telescopios observarán grandes franjas del cielo, lo que les permitirá detectar docenas de supernovas con múltiples imágenes.

Los telescopios futuros, como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, también podrían detectar la luz de la supernova Requiem en otras épocas de la explosión.