En el universo existen objetos muy extraños: planetas con anillos, estrellas con la masa de nuestro Sol, pero del tamaño de una ciudad, agujeros negros, estrellas de neutrones, etc. Uno de estos asombrosos y extraños objetos son los cuásares; objetos lejanos sumamente brillantes que son potenciados por un agujero negro. ¿Qué son los cuásares y por qué es importante investigarlos? A continuación, te lo contamos.
ENTÉRATE DE MÁS: ¿Qué son los agujeros negros y qué pasaría si entramos a uno?
Resumen
– Los cuásares están considerados entre los objetos más luminosos de nuestro universo y están catalogados en el grupo de núcleos galácticos activos, junto con otros fenómenos como los blazars y los Seyferts.
– Sin embargo, muchos científicos piensan que todos estos son el mismo fenómeno.
– El brillo de los cuásares proviene del disco de acreción que se forma cuando nubes de gas giran muy cerca al horizonte de eventos de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias.
– Los cuásares solo son vistos en lugares muy lejanos: a miles de millones de años luz de distancia.
– Esta lejanía indica que son fenómenos que sucedían cuando el universo era más joven.
¿Qué es un cuásar?
Los cuásares son objetos tan brillantes que incluso pueden brillar más que una galaxia. Pero ¿qué son estos objetos? Según Nola Taylor Redd, astrofísica del Agness Sott College y divulgadora científica, los cuásares son parte de un conjunto de objetos llamado núcleos galácticos activos. ¿Por qué tienen este nombre? Porque estos objetos son justamente los centros de las galaxias mismas. Lo que diferencia a estos núcleos activos de otros núcleos galácticos es que brillan tanto que opacan a las galaxias que los albergan.
Dentro de este grupo, se encuentran también otros objetos como las galaxias Seyferts y los blazars. Sin embargo, Taylor Redd nos explica algo fundamental: estos tres objetos (los cuásares, los blazars y los Seyferts) requieren de agujeros negros supermasivos para funcionar. Y, de hecho, según Taylor Redd, muchos científicos creen que estas tres cosas son en realidad cuásares, solo que vistas desde perspectivas distintas.
En resumen, los cuásares son parte de una familia de objetos llamados núcleos galácticos activos, que son potenciados por agujeros negros supermasivos y, además, son algunos de los objetos más luminosos del universo conocido. Algunos cuásares incluso tienen jets de plasma sumamente luminosos.
Pero ¿qué es un agujero negro supermasivo y cómo es que los cuásares llegan a ser más brillantes que la galaxia que los alberga? Para responder a la segunda pregunta, es conveniente explicar la historia de cómo se descubrieron estos objetos. Sin embargo, primero es necesario saber qué es un agujero negro. Si ya lo sabes, puedes saltarte la sección que viene a continuación.
(Ilustración de un Cuásar con con dos jets. Al centro se ve el agujero negro y alrededor su disco de acreción. Fuente: Observatorio de rayos X Chandra de la NASA)
¿Qué es un agujero negro?
Como te explicamos en un anterior informe, los agujeros negros son objetos que poseen una gravedad tan fuerte que, a partir de determinada distancia, nada puede escapar de ellos. ¿Por qué? Porque para hacerlo uno tendría que moverse más rápido que la luz, lo cual es imposible en nuestro universo, hasta donde sabemos.
Ahora, los científicos han clasificado a los agujeros negros según su tipo. Hay cuatro tipos: los estelares, los supermasivos, los intermedios (entre los estelares y los supermasivos) y los miniatura. De todos estos, los más conocidos son los estelares, que obtienen su nombre porque nacen de estrellas muy masivas que mueren en una gigantesca explosión llamada supernova.
(Nebulosa del Cangrejo. Remanente de una supernova estelar. Foto: NASA)
De los otros tres tipos de agujeros negros, tenemos evidencia suficiente para afirmar que los supermasivos sí existen y que se encuentran en el núcleo de las galaxias. Estos agujeros pueden tener masas equivalentes a miles de millones de estrellas como nuestro Sol y se piensa que pueden provenir de estrellas masivas colapsadas o nubes gigantes de gas que existieron en los primeros años de las galaxias, incluyendo la nuestra.
¿Qué es un agujero negro entonces? Es un objeto tan masivo que una vez que algo entra, no puede salir. Si quieres saber más sobre ellos, te recomendamos leer nuestro informe.
¿Cómo se descubrieron los cuásares?
Según Taylor Redd, en 1930, el físico Karl Jansky, quien trabajaba en los Laboratorios Telefónicos Bell, descubrió que la interferencia que había en las líneas telefónicas transatlánticas provenía de la Vía Láctea. Por ello, para la década del 50, muchos astrónomos empezaron a usar radio telescopios para mirar los cielos relacionando las señales de radio con las cosas que veían en el espacio.
Sin embargo, como explica Matthew O’Dowd, astrofísico y profesor asociado del Departamento de Física y Astronomía del Lehman College de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, se captaba algunas señales de radio de ciertos puntos en el espacio en los que no se ubicaba la fuente de la que podrían provenir. Como nos cuenta, esto sucedía porque la tecnología de esa época no era suficientemente buena para ubicar el lugar exacto en el cielo de donde provenían.
Esto se mantuvo así por mucho tiempo hasta 1962, año en el que hubo una ocultación. Las ocultaciones ocurren cuando un cuerpo celeste se pone entre dos objetos, como en un eclipse. En ese año, nos cuenta O’Dowd, la Luna pasó por delante de uno de estos puntos que emitían señales de radio. Este punto era llamado el objeto 3C273. Durante este evento, el Radio Telescopio Parkes en Australia captó el momento exacto en el que la Luna pasó entre nosotros y el 3C273. Esto le permitió a los astrónomos identificar una pequeña estrella de luz azulada como la fuente de las emisiones de radio.
(Objeto 3C273 captado por el Telecopio Hubble)
Ahora, como menciona O’Dowd, al descubrir esto, los astrónomos apuntaron sus telescopios ópticos a la extraña estrella y analizaron el espectro de la luz que emitía. Al hacerlo, se dieron cuenta de algo interesante: el espectro de luz que emitía 3C273 era muy diferente a los espectros de luz emitidos por las demás estrellas. De esta manera nació el término “quasar”, que viene del inglés “quasi stellar radio source” (fuente de radio cuasi estelar).
La particularidad de los cuásares: alto brillo en una región muy pequeña
Esto confundió inicialmente a los científicos. Como explica la Enciclopedia Británica, algunas fotografías de los primeros cuásares los mostraban rodeados de halos borrosos y el análisis del espectro de la luz que emitían no coincidía con el de otros objetos celestiales conocidos por los astrónomos. ¿Qué podría explicar este patrón tan extraño en el espectro?
Como nos cuenta esta institución, el misterio fue resuelto por Maarten Schmidt en 1963. Schmidt se dio cuenta de que el patrón emitido por 3C273 correspondía a la luz de átomos de hidrógeno, cuya longitud de onda había sido desplazada al rojo (sí, había cambiado de color). Todo esto suena complicado, pero veámoslo paso a paso.
Como explicamos en otros informes, lo que llamamos luz en realidad es radiación electromagnética que viaja en forma de ondas. La luz, además, se puede dividir en los distintos colores que vemos y cada uno tiene su propia longitud de onda como puedes ver en la siguiente imagen:
Según O’Dowd, la onda de luz de 3C273 se había estirado tanto que se había corrido hacia el rojo. Puesto en términos simples, el espectro de la luz de este objeto tenía una tonalidad más roja de la que debía tener (aunque no necesariamente es visible para el ojo humano). Sin embargo, para que esto haya sucedido, la luz tuvo que haber estado viajando por más de dos mil millones de años luz. Recordemos que, para poder ver objetos lejanos en el universo, su luz debe llegar hasta la Tierra, lo que muchas veces implica viajes sumamente largos.
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Además, según la Enciclopedia Británica, varias observaciones de cuásares mostraban que su brillo podía variar significativamente en periodos breves (alrededor de algunos días), lo que significaba que estos objetos no podían ser más grandes que solo algunos pocos días luz: es decir bastante más pequeños que una galaxia (con miles de años luz de tamaño). En astronomía, el tiempo que la luz demora en recorrer una distancia se usa como una medida del espacio. Mientras más tiempo demore la luz, más grande es la distancia.
Sin embargo, como afirma O’Dowd, para ser tan brillante y estar tan lejos de nosotros, este extraño objeto debía estar emitiendo la luz producida por muchas galaxias en una región “imposiblemente pequeña”. De hecho, como explica la Enciclopedia Británica, 3C273 era 100 veces más brillante que las galaxias de esa zona y nada tan brillante se veía desde tan lejos. ¿Qué podía estar pasando?
Los cuásares y los agujeros negros supermasivos
Según la Enciclopedia Británica, poco después del descubrimiento de Schmidt, de manera independiente cada uno, los astrónomos Yakov Zel’dovich e Igor Novikov y, por su lado, Edwin Salpeter, propusieron que este fenómeno podía ser explicado por la acreción de material en un agujero negro supermasivo. ¿Qué significa esto?
Primero, tenemos que entender qué significa el término “acreción”. Como afirma la Enciclopedia Británica, el término acreción refiere al aumento de masa que experimenta un objeto celeste porque atrae material con su gravedad. Este aumento de masa suele producirse en forma de disco. Por ejemplo, muchos agujeros negros tienen discos de acreción, que consisten en flujos de gas, plasma, polvo o partículas que orbitan alrededor suyo. La gravedad de los agujeros negros atrae estos materiales y se forma una suerte de disco.
Un disco de acreción se forma siempre que la materia que está siendo atraída hacia un objeto posee suficiente momento rotacional para no caer directamente al objeto que la atrae, sino que empieza a darle vueltas. El momento rotacional (también llamado angular) es una medida que indica qué tan difícil es que cambie la velocidad de un objeto en rotación (en este caso, la materia del disco). Por ejemplo, podemos decir que la Tierra, al girar alrededor del Sol, posee un momento rotacional orbital.
Además de suceder en el caso de los agujeros negros, los discos de acreción ocurren en la formación de estrellas y planetas y, por supuesto, en los cuásares. En la imagen de abajo, podemos ver una representación artística de un disco de acreción formado alrededor de un agujero negro que está engullendo a una estrella.
(Disco de acreción de un agujero negro que se traga a una estrella. Foto: ESA, NASA, y Felix Mirabel)
¿Qué decía la teoría de Zel’dovich, Novikov y Salpeter? Según ellos, esta luz podía provenir del disco de acreción de un agujero negro supermasivo. Según O’Dowd, esto sucede de la siguiente manera.
Si tenemos un agujero negro suficientemente grande —millones o miles de millones de veces más grande que nuestro Sol, como los que se encuentran en los centros de las galaxias— y este se topa con gas (como gas de hidrógeno), entonces este gas empezará a ser atraído por el agujero negro y se formará un disco de acreción. Parte de este gas será tragado sin duda. Sin embargo, otra parte empezará a girar alrededor de este.
Como explica la Enciclopedia Británica, la materia en acreción que gira alrededor del agujero negro supermasivo será calentada, pues va a muy altas velocidades. Se volverá tan caliente que, explica O’Dowd, será convertida directamente en energía e irradiada como luz que podemos ver desde nuestro planeta. En la imagen de abajo, podemos ver una representación artística de este fenómeno.
Ahora, según la Enciclopedia Británica y O’Dowd, la teoría de Zel’dovich, Novikov y Salpeter fue desacreditada en un inicio. Para la mayoría de los astrónomos, la combinación de alta luminosidad en una región tan pequeña era inaceptable. Sin embargo, para 1980, la mayoría de los científicos la aceptó. Esto en parte porque los astrónomos Todd Boroson y John Beverly Oke mostraron que los halos difusos que rodeaban a los cuásares en las imágenes eran lo siguiente: brillo de estrellas. Ese halo difuso, entonces, era el brillo de las estrellas que habitaban en las mismas galaxias que los cuásares y, además, este brillo estelar estaba corrido hacia el rojo. Para decirlo de modo sencillo: se mostró que había algo en estas galaxias que era más brillante que toda la galaxia misma.
(Foto: NASA)
En esta imagen, tomada por el telescopio espacial Hubble, podemos ver, a la izquierda, a un cuásar y uno de los brazos de la galaxia donde se encuentra. En la imagen de la derecha, vemos a la galaxia visible y al centro al brillante cuásar.
Cuásares, blazars y Seyferts: ¿mismo objeto desde distintas perspectivas?
Como mencionamos anteriormente, muchos científicos creen que todos los núcleos galácticos activos son en realidad cuásares. Como explica Taylor Redd podrían ser los mismos objetos vistos desde diferentes perspectivas.
Según la Enciclopedia Británica, algunos cuásares despiden jets de plasma por su eje de rotación. De esta manera, Taylor Redd afirma que las diferentes cosas que vemos en el firmamento dependen mucho de la perspectiva. Los blazars, por ejemplo, apuntan sus jets directamente hacia nosotros y por eso los vemos más brillantes. Los Seyferts, que son menos brillantes, pueden ser cuásares cuyo disco de acreción vemos desde el costado. Y, como explica O’Dowd, si vemos un disco de acreción brillante desde arriba, vemos lo que conocemos como cuásares.
¿Por qué son importantes los cuásares?
Como explica el Dr. John Simonetti del Departamento de Física en Virgina Tech, los cuásares solo son vistos a grandes distancias: no hay cuásares cerca de nosotros, lo que implica que estos no son hechos durante nuestra época en el universo, sino en otra época: una que O’Dowd llama la época de los cuásares. De esta manera, estudiarlos nos puede decir mucho sobre cómo era el universo cuando era mucho más joven.
Recordemos que, para que su luz llegue a la Tierra, esta tiene que viajar miles de millones de años, por lo que, cuando vemos objetos a miles de millones de años luz de distancia (como la mayoría de cuásares), vemos eventos que ocurrieron en un pasado bastante lejano. Esta tendencia al incremento en los cuásares a medida que vemos más lejos nos indica que eran fenómenos que sucedían cuando nuestro universo era más joven.
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