Ondas Gravitacionales con Lentes Fuertes Ofrecen una Nueva Forma de Medir el Dipolo Cósmico
El universo se ve casi igual en todas direcciones, casi. Una sutil asimetría conocida como el dipolo cósmico revela que la Tierra se mueve a través del cosmos a unos 370 kilómetros por segundo en relación con el fondo cósmico de microondas (CMB). Pero durante años, las mediciones de este dipolo obtenidas del CMB y de los conteos de galaxias radiolejanas han discrepado, lo que plantea interrogantes sobre si nuestra imagen cosmológica estándar omite algo fundamental.
Un nuevo estudio de Anson Chen y Jun Zhang, publicado en el servidor de preimpresos arXiv en julio de 2026, propone una forma completamente independiente de resolver la cuestión: utilizar ondas gravitacionales (GW) con lentes fuertes vinculadas a relevantos de galaxias. El trabajo pronostica que los detectores de próxima generación podrían medir el dipolo cósmico con suficiente precisión dentro de una década para distinguir entre interpretaciones contrapuestas.
La Anomalía del Dipolo Cósmico
El dipolo del CMB es la anisotropía más grande en el cielo de microondas y se interpreta directamente como un desplazamiento Doppler causado por el movimiento del Sistema Solar a través del universo. El modelo cosmológico estándar predice que el dipolo observado en la distribución de la materia, por ejemplo, en los conteos de galaxias radiolejanas y cuásares, debería coincidir con el dipolo del CMB tanto en dirección como en magnitud, tras considerar los mismos efectos cinemáticos.
Pero no es así. Las mediciones de catálogos de galaxias radiolejanas encuentran consistentemente un dipolo de dos a cinco veces mayor de lo que implica el CMB. Un artículo de coloquio de 2025 en Reviews of Modern Physics, de Secrest, von Hausegger, Rameez, Mohayaee y Sarkar, situó la discrepancia en una significancia superior a 5 sigma, calificándola como un desafío serio a los fundamentos de la cosmología moderna.
El desacuerdo podría significar que el universo no es verdaderamente isótropo a grandes escalas, violando el Principio Cosmológico que sustenta el modelo Lambda-CDM estándar. O podría apuntar a sistemáticos sutiles en los datos de radio. Lo que los cosmólogos necesitan es una sonda completamente independiente con diferentes fuentes de error sistemático.
Las Ondas Gravitacionales Entran en Escena
La astronomía de ondas gravitacionales ya ha revolucionado el estudio de los agujeros negros y las estrellas de neutrones. Ahora los investigadores se preguntan si puede ayudar con la cosmología. Un trabajo anterior de Mastrogiovanni et al. en 2022 mostró que el dipolo de conteo de detecciones ordinarias de GW provenientes de fusiones binarias podría medirse con el futuro Telescopio Einstein (ET) y Cosmic Explorer (CE), pero requería millones de eventos, potencialmente una década o más de observación.
Chen y Zhang, ambos en la Universidad de la Academia China de Ciencias, adoptan un enfoque diferente. En lugar de contar eventos ordinarios de GW, se centran en el subconjunto más raro pero más informativo: las ondas gravitacionales que han sido fuertemente lenteadas por galaxias intermedias.
Cuando una galaxia masiva se interpone entre la Tierra y una binaria de agujeros negros en fusión, su gravedad deforma el espacio-tiempo y divide la señal de GW en múltiples copias, cada una llegando en un momento ligeramente diferente. Estos eventos con imágenes múltiples contienen información rica. Solo a partir de la forma de onda, se puede inferir la distancia de luminosidad tanto a la lente como a la fuente. Al emparejar estos sistemas con galaxias anfitrionas identificadas en relevantos ópticos de galaxias, como el Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin, los desplazamientos al rojo tanto de la lente como de la fuente se vuelven conocidos.
Esta combinación de distancias y desplazamientos al rojo es exquisitamente sensible al dipolo cósmico. El dipolo se imprime en las distancias de luminosidad inferidas, las distancias de diámetro angular en el modelo de lente y el conteo observado de eventos en función de la posición en el cielo. Modelando todos estos efectos simultáneamente, una muestra estadística de eventos de GW con lentes puede restringir la magnitud y dirección del dipolo junto con parámetros cosmológicos estándar como la constante de Hubble.
Pronósticos para Detectores de Próxima Generación
El estudio simuló observaciones realistas con los observatorios de GW de tercera generación planificados: el Telescopio Einstein europeo y el Cosmic Explorer estadounidense, operando juntos como una red global. Utilizando el modelo de lente de esfera isoterma singular y considerando que aproximadamente el 70 % de los eventos con lentes fuertes producen imágenes dobles, Chen y Zhang ejecutaron miles de realizaciones de datos simulados.
Los resultados son prometedores. Con 10 años de observaciones con ET-CE, la magnitud del dipolo g podría restringirse a g = (2,45 +1,53 −1,28) × 10⁻³ en el escenario más optimista. Este nivel de precisión es suficiente para detectar un dipolo consistente tanto con el valor del CMB como con los valores más altos del conteo de galaxias radiolejanas.
Los autores encontraron que combinar las restricciones de eventos con imágenes dobles con aquellas de eventos con imágenes triples y cuádruples, que permiten una reconstrucción más precisa del modelo de lente, agudiza significativamente la medición. Incluso en escenarios menos optimistas, el método proporciona una verificación cruzada independiente significativa.
«Aunque desafiante, las ondas gravitacionales con lentes fuertes ofrecen un enfoque novedoso para medir el dipolo cósmico, proporcionando una prueba de consistencia independiente con sistemáticos diferentes a los de las sondas electromagnéticas», escriben los autores.
Una Nueva Ventana a la Anisotropía Cósmica
El lenteo gravitacional fuerte de ondas gravitacionales aún no se ha observado de forma definitiva, pero la teoría predice que ET y CE deberían detectar docenas de estos eventos por año. Los métodos para identificarlos están mejorando constantemente. Un estudio de 2025 de Liu y Liao mostró que incorporar prioris posicionales del catálogo de lentes de galaxias de Euclid podría aumentar la confianza en la identificación del lenteo en un orden de magnitud.
El estudio de Chen y Zhang añade otra razón para entusiasmarse con las GW con lentes: no son solo herramientas para medir la constante de Hubble o probar la relatividad general. También ofrecen un anclaje gravitacional para uno de los acertijos más persistentes de la cosmología.
Si el dipolo medido a través de GW con lentes coincide con el valor del CMB, reforzaría la idea de que el dipolo de galaxias radiolejanas está inflado por efectos sistemáticos desconocidos. Si en cambio coincide con el dipolo radiolejano más grande, sugeriría que la interpretación del CMB misma necesita revisión, apuntando quizás a un universo genuinamente anisótropo o a un origen más exótico para el dipolo del CMB.
De cualquier manera, la respuesta podría no venir de telescopios más potentes observando más galaxias, sino de los sutiles ecos de agujeros negros en colisión, curvados por la gravedad y divididos en múltiples imágenes, portando un mensaje sobre el movimiento de todo a través del cosmos.
Traducido por Alessandra
Referencia: Anson Chen y Jun Zhang, «Prospect of Measuring the Cosmic Dipole by Associating Strongly Lensed Gravitational Waves with Galaxy Surveys», arXiv:2605.19476 (2026).
Relacionado: N. Secrest et al., «Colloquium: The Cosmic Dipole Anomaly», Rev. Mod. Phys. 97, 041001 (2025), arXiv:2505.23526.
Nota de cobertura: Este artículo fue escrito basándose en la preimpresión arXiv:2605.19476 y búsquedas complementarias de cobertura periodística y literatura relacionada. Ningún medio de comunicación ha cubierto aún este artículo específico al momento de la redacción.