HerS-3 Y LA CRUZ DE EINSTEIN DE 5 IMÁGENES.

Planetarium María Reiche · Cartilla para secundaria y público general

HerS-3: la “Cruz de Einstein” con una quinta imagen que delata materia oscura

Astrónomos observaron una galaxia muy lejana (HerS-3) multiplicada en cinco imágenes por el efecto de una lente gravitacional. Esta geometría, rarísima, exige la presencia de un halo masivo de materia oscura en el grupo de galaxias que actúa como lente.

Consejo: pulsa cualquier imagen para verla ampliada (ideal en celular).

Banner (Figura de contexto): superposición NOEMA/HST (izquierda) y detalle ALMA (derecha).
Crédito: P. Cox et al. / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / NOEMA; HST (NASA/ESA). (Imagen difundida por IAP/ALMA).

Ficha rápida

¿Qué es lo que vemos?

Una Cruz de Einstein: la misma galaxia aparece repetida por la curvatura del espacio-tiempo producida por un grupo de galaxias en primer plano.

¿Qué tiene de especial HerS-3?

Además de los “cuatro brazos” típicos, aparece una quinta imagen central, señal de que la distribución de masa (incluida materia oscura) es muy particular.

¿Con qué se observó?

Con NOEMA y ALMA (milimétrico/submilimétrico), más datos del VLA (radio) y HST (infrarrojo cercano).

¿Por qué importa?

Es un “laboratorio natural” para estudiar materia oscura (por gravedad) y para “hacer zoom” en galaxias del Universo temprano gracias al aumento de la lente.

La noticia en 30 segundos

HerS-3 es una galaxia muy lejana (del Universo temprano) cuya luz (y radiación milimétrica) fue desviada por un grupo de galaxias situado entre ella y nosotros. El alineamiento es tan preciso que produce una cruz casi perfecta… pero con una sorpresa: una quinta imagen brillante en el centro. Para reproducir esa configuración, los modelos requieren un halo masivo de materia oscura asociado al grupo lente.

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Importante: no es “magia óptica”. Es relatividad general: la masa curva el espacio-tiempo y la luz sigue esas curvas.

Concepto clave: lente gravitacional y Cruz de Einstein

Cuando una galaxia (o un grupo de galaxias) masiva queda casi alineada con una galaxia de fondo, su gravedad puede crear múltiples imágenes, arcos o incluso un anillo de Einstein. La “Cruz de Einstein” es un caso especial donde suelen aparecer cuatro imágenes alrededor del objeto lente.

Figura 1 — ¿Cómo se forman varias “copias” de una misma galaxia?

Aquí se esquematiza el recorrido de la luz: la masa en primer plano actúa como lente gravitacional, generando trayectorias distintas que el observador interpreta como imágenes separadas.

Crédito: N. Lira, Cox et al. — ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

¿Qué hace excepcional a HerS-3?

La mayoría de Cruces de Einstein muestran cuatro imágenes. La quinta imagen central suele ser muy débil o “apagada” por la distribución de masa del lente. En HerS-3, esa quinta imagen es brillante, lo que indica que la masa (visible + invisible) del grupo lente es diferente de lo esperado si solo consideramos las galaxias visibles.

Figura 2 — ALMA revela la morfología detallada de las cinco imágenes

Cada “mancha” brillante corresponde a la misma galaxia de fondo vista por caminos distintos. La presencia de una imagen central bien marcada es el detalle extraordinario del sistema.

Crédito: P. Cox et al. — ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

¿Cómo sabemos que son la misma galaxia repetida?

En este caso, NOEMA detectó las cinco imágenes en líneas moleculares (huellas espectrales del gas), confirmando que comparten la misma distancia y que no son cinco galaxias distintas colocadas “por azar”. ALMA, con mucha mayor resolución angular, afinó los detalles de cada imagen.

Idea educativa

Es como reconocer una canción: si oyes la misma melodía en cinco parlantes distintos, sabes que es la misma canción reproducida varias veces, no cinco canciones diferentes.

¿Qué nos dice esto sobre la materia oscura?

Los modelos que solo incluyen las cuatro galaxias principales del grupo lente no reproducen con precisión la posición y brillo de las cinco imágenes. La solución es añadir un componente masivo no visible: un halo de materia oscura centrado en el grupo. La masa estimada del halo está en el orden de varios billones de masas solares.

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En otras palabras: no “vemos” la materia oscura con telescopios, pero sí vemos lo que le hace a la luz.

¿Con qué instrumentos se hizo el hallazgo?

Este descubrimiento combina distintas ventanas del espectro: milimétrico/submilimétrico (gas y polvo frío), radio (emisión extendida) e infrarrojo cercano (galaxias del grupo lente). Así se construye una “historia completa” del sistema.

Figura 3 — NOEMA (IRAM): interferómetro milimétrico en Francia

NOEMA funciona como un “gran telescopio virtual” combinando señales de varias antenas (interferometría), clave para estudiar gas y polvo en galaxias lejanas.

Crédito: IRAM-gre, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).

Figura 4 — ALMA: antenas en el llano de Chajnantor (Chile)

ALMA ofrece resolución y sensibilidad extraordinarias en submilimétrico/milimétrico, permitiendo “ver” detalles finos del sistema lente.

Crédito: ESO.

Actividad (aula): “lente” sin relatividad, pero con la idea de múltiples imágenes

Aunque la lente gravitacional no es una lente de vidrio, podemos representar la idea de “varios caminos”:

• Materiales: una hoja con un punto negro pequeño, un vaso transparente con agua, una linterna o luz del celular.
• Prueba: coloca el vaso entre el ojo y el punto, mueve lentamente el vaso y observa cómo el punto se deforma y puede “duplicarse” por refracción.
• Discusión: en gravedad la luz no se refracta: se curva por el espacio-tiempo. Pero el resultado (múltiples imágenes) ayuda a comprender la idea.

Preguntas para pensar

• ¿Por qué la materia oscura se detecta “por sus efectos” y no por su luz?
• ¿Qué condiciones geométricas se necesitan para formar una Cruz de Einstein?
• ¿Por qué una quinta imagen central es tan rara?
• ¿Qué aporta observar en milimétrico/radio frente a observar solo en luz visible?

Respuestas guía para docentes / facilitadores (desplegable)

1) Materia oscura: no emite ni absorbe luz; se infiere por gravedad (lentes, rotación de galaxias, cúmulos).

2) Geometría: se requiere alineación cercana entre fuente (fondo), lente (primer plano) y observador. La simetría depende de la distribución de masa.

3) Quinta imagen: suele quedar muy débil por el “pozo” gravitatorio central; si aparece brillante, sugiere una estructura de masa (incluido halo de DM) que permite esa amplificación.

4) Longitudes de onda: milimétrico/submilimétrico revela gas y polvo frío (combustible de formación estelar), y radio puede trazar emisión extendida. Junto con infrarrojo (HST) se identifican las galaxias del grupo lente.

Glosario mínimo

• Lente gravitacional: desviación de la luz por gravedad; produce aumento, arcos y múltiples imágenes.
• Cruz de Einstein: patrón (normalmente) de cuatro imágenes alrededor de una galaxia lente.
• Interferometría: técnica que combina antenas separadas para lograr la resolución de un telescopio “virtual” enorme.
• Submilimétrico / milimétrico: radiación ideal para estudiar polvo y gas frío en galaxias.
• Materia oscura: componente no luminoso que domina la masa y se detecta por su gravedad.
• Halo: región extendida de masa (mucho de ella materia oscura) alrededor de galaxias o grupos.

Para saber más (publicaciones y fuentes)

Referencias en formato APA (con enlaces)

• Cox, P., et al. (2025). HerS-3: An Exceptional Einstein Cross Reveals a Massive Dark Matter Halo. The Astrophysical Journal. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adf204
• Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). (2025, September). An Exceptional Einstein Cross Reveals Hidden Dark Matter. https://www.iap.fr/actualites/laune/2025/EinsteinCross/EinsteinCross-en.html
• ALMA Observatory. (2025, September 16). An Exceptional Einstein Cross Reveals Hidden Dark Matter (Press release). https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/an-exceptional-einstein-cross-reveals-hidden-dark-matter/
• Cox, P., et al. (2025). HerS-3: An Exceptional Einstein Cross Reveals a Massive Dark Matter Halo (arXiv preprint). https://arxiv.org/abs/2509.08657

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