É um desafio fazer previsões, especialmente em astronomia. No entanto, existem algumas previsões das quais os astrônomos podem confiar, como o tempo dos eclipses lunares e solares que se aproximam e o retorno mecânico de alguns cometas.

Agora, olhando muito além do sistema solar, astrônomos adicionaram uma previsão sólida de um evento acontecendo nas profundezas do espaço intergaláctico:a imagem de uma estrela explodindo, apelidado de Supernova Requiem, que aparecerá por volta do ano 2037. Embora esta retransmissão não seja visível a olho nu, alguns futuros telescópios devem ser capazes de identificá-lo.

Acontece que esta aparência futura será a quarta visão conhecida da mesma supernova, ampliado, iluminada, e dividida em imagens separadas por um enorme aglomerado de galáxias em primeiro plano agindo como lentes de zoom cósmico. Três imagens da supernova foram encontradas pela primeira vez a partir de dados de arquivo obtidos em 2016 pelo telescópio espacial Hubble da NASA.

As múltiplas imagens são produzidas pela poderosa gravidade do aglomerado de galáxias monstruosas, que distorce e amplia a luz da supernova bem atrás dela, um efeito chamado lentes gravitacionais. Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, esse efeito é semelhante a uma lente de vidro que dobra a luz para ampliar a imagem de um objeto distante.

As três imagens de supernova com lentes, visto como pequenos pontos capturados em um único instantâneo do Hubble, representam a luz das conseqüências explosivas. Os pontos variam em brilho e cor, que significam três fases diferentes da explosão de desbotamento à medida que esfriava ao longo do tempo.

"Esta nova descoberta é o terceiro exemplo de uma supernova com múltiplas imagens para a qual podemos realmente medir o atraso nos tempos de chegada, "explicou o pesquisador principal Steve Rodney, da University of South Carolina, em Columbia." É o mais distante dos três, e o atraso previsto é extraordinariamente longo. Poderemos voltar e ver a chegada final, que prevemos que será em 2037, mais ou menos alguns anos. "

A luz que o Hubble capturou do aglomerado, MACS J0138.0-2155, levou cerca de quatro bilhões de anos para chegar à Terra. A luz do Supernova Requiem precisou de cerca de 10 bilhões de anos para sua jornada, com base na distância de sua galáxia hospedeira.

A previsão da equipe do aparecimento de retorno da supernova é baseada em modelos de computador do cluster, que descrevem os vários caminhos que a luz da supernova está tomando através do labirinto de matéria escura aglomerada no agrupamento galáctico. A matéria escura é um material invisível que compreende a maior parte da matéria do universo e é o andaime sobre o qual as galáxias e aglomerados de galáxias são construídos.

Cada imagem ampliada segue uma rota diferente através do aglomerado e chega à Terra em um momento diferente, devido, em parte, às diferenças no comprimento dos caminhos que a luz da supernova seguiu.

"Sempre que alguma luz passa perto de um objeto muito grande, como uma galáxia ou aglomerado de galáxias, a deformação do espaço-tempo que a teoria da relatividade geral de Einstein nos diz estar presente para qualquer massa, atrasa a viagem da luz em torno dessa massa, "Rodney disse.

Ele compara os vários caminhos de luz da supernova com vários trens que saem de uma estação ao mesmo tempo, todos viajando na mesma velocidade e indo para o mesmo local. Cada trem, Contudo, toma um caminho diferente, e a distância para cada rota não é a mesma. Como os trens viajam em diferentes comprimentos de trilhos em diferentes terrenos, eles não chegam ao seu destino ao mesmo tempo.

Além disso, a imagem da supernova com lente prevista para aparecer em 2037 fica atrás das outras imagens da mesma supernova porque sua luz viaja diretamente pelo meio do aglomerado, onde reside a quantidade mais densa de matéria escura. A imensa massa do aglomerado desvia a luz, produzindo o atraso de tempo mais longo. "Este é o último a chegar porque é como o trem que tem que ir fundo em um vale e subir de volta. Esse é o tipo mais lento de viagem para a luz, "Rodney explicou.

As imagens da supernova com lente foram descobertas em 2019 por Gabe Brammer, um co-autor do estudo no Cosmic Dawn Center do Niels Bohr Institute, Universidade de Copenhague, na Dinamarca. Brammer avistou as imagens espelhadas da supernova enquanto analisava galáxias distantes ampliadas por aglomerados massivos de galáxias em primeiro plano como parte de um programa em andamento do Hubble chamado REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Ele estava comparando novos dados do REQUIEM de 2019 com imagens de arquivo tiradas em 2016 de um programa de ciências diferente do Hubble. Um minúsculo objeto vermelho nos dados de 2016 chamou sua atenção, que ele inicialmente pensou ser uma galáxia muito distante. Mas ele havia desaparecido nas imagens de 2019.

"Mas então, em uma inspeção mais aprofundada dos dados de 2016, Percebi que havia na verdade três objetos ampliados, dois vermelhos e um roxo, "ele explicou." Cada um dos três objetos foi emparelhado com uma imagem de lente de uma galáxia massiva distante. Imediatamente me sugeriu que não era uma galáxia distante, mas na verdade uma fonte transitória neste sistema que havia sumido de vista nas imagens de 2019 como uma lâmpada que foi apagada. "

Brammer se juntou a Rodney para conduzir uma análise mais aprofundada do sistema. As imagens da supernova com lente são organizadas em um arco ao redor do núcleo do aglomerado. Eles aparecem como pequenos pontos próximos às feições laranja manchadas que se acredita serem os instantâneos ampliados da galáxia hospedeira da supernova.

O co-autor do estudo Johan Richard, da Universidade de Lyon, na França, produziu um mapa da quantidade de matéria escura no aglomerado, inferida das lentes que produz. O mapa mostra as localizações previstas de objetos com lente. Esta supernova está prevista para aparecer novamente em 2042, mas será tão fraco que a equipe de pesquisa pensa que não será visível.

Pegar a repetição do evento explosivo ajudará os astrônomos a medir os atrasos de tempo entre as quatro imagens de supernova, que oferecerá pistas sobre o tipo de terreno deformado que a luz da estrela explodida teve que cobrir. Armado com essas medidas, os pesquisadores podem ajustar os modelos que mapeiam a massa do aglomerado. O desenvolvimento de mapas precisos de matéria escura de aglomerados de galáxias massivas é outra maneira de os astrônomos medirem a taxa de expansão do universo e investigarem a natureza da energia escura, uma forma misteriosa de energia que atua contra a gravidade e faz com que o cosmos se expanda em um ritmo mais rápido.

Este método de atraso de tempo é valioso porque é uma forma mais direta de medir a taxa de expansão do universo, Rodney explicou. "Esses longos atrasos são particularmente valiosos porque você pode conseguir um bom, medição precisa desse atraso se você for paciente e esperar anos, neste caso, mais de uma década, para a imagem final retornar, "disse ele." É um caminho completamente independente para calcular a taxa de expansão do universo. O valor real no futuro será usar uma amostra maior para melhorar a precisão. "

Detectar imagens de supernovas com lentes se tornará cada vez mais comum nos próximos 20 anos com o lançamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA e o início das operações no Observatório Vera C. Rubin. Ambos os telescópios irão observar grandes áreas do céu, o que lhes permitirá localizar dezenas de supernovas com imagens múltiplas.

Futuros telescópios, como o James Webb Space Telescope da NASA, também podem detectar a luz da supernova Requiem em outras épocas da explosão. O resultado da equipe aparecerá no dia 13 de setembro no jornal Nature Astronomy.