La palabra quasar significa fuente de radio cuasi-estelar. Los cuásares recibieron ese nombre porque se veían como estrellas cuando los astrónomos comenzaron a notarlos a finales de la década de 1950 y principios de los 60, pero los cuásares no son estrellas. Ahora son conocidas como galaxias jóvenes, ubicadas a grandes distancias de nosotros, con su número aumentando hacia el borde del universo visible. ¿Cómo pueden estar tan lejos y aún ser visibles? La respuesta es que los cuásares son extremadamente brillantes, hasta 1000 veces más brillantes que nuestra Vía Láctea. Sabemos, por lo tanto, que son altamente activos, emitiendo cantidades asombrosas de radiación en todo el espectro electromagnético.
Debido a que están muy lejos, estamos viendo estos objetos como eran cuando nuestro universo era joven. El cuásar más antiguo, actualmente, es J0313-1806. Su distancia se ha medido como 13,03 mil millones de años luz, y por lo tanto la vemos como fue solo 670 millones de años después del Big Bang.
¿Qué estaba sucediendo en nuestro universo en ese momento para hacer que los cuásares fueran tan asombrosamente brillantes?
Los astrónomos ahora creen que los cuásares son los centros extremadamente luminosos de las galaxias en su infancia. Después de décadas de intenso estudio, tenemos otro término para estos objetos: un cuásar es un tipo de núcleo galáctico activo, o AGN. En realidad, hay muchos tipos diferentes de AGNs, cada uno con su propia historia que contar. Se cree que la intensa radiación liberada por un AGN es alimentada por un agujero negro supermasivo en su centro. La radiación se emite cuando el material en el disco de acreción que rodea el agujero negro se sobrecalienta a millones de grados por la intensa fricción generada por las partículas de polvo, gas y otras materias en el disco que chocan innumerables veces entre sí.
La espiral interna de materia en el disco de acreción de un agujero negro supermasivo, es decir, en el centro de un cuásar, es el resultado de partículas que chocan y rebotan entre sí y pierden impulso. Ese material provino de las enormes nubes de gas, que consisten principalmente en hidrógeno molecular, que llenaron el universo en la era poco después del Big Bang.
Así, posicionados como estaban en el universo primitivo, los cuásares tenían una gran cantidad de materia de la que alimentarse.
A medida que la materia en el disco de acreción de un cuásar/agujero negro se calienta, genera ondas de radio, rayos X, luz ultravioleta y visible. El cuásar se vuelve tan brillante que es capaz de eclipsar a galaxias enteras. Pero recuerda qu los cuásares están muy lejos. Están tan lejos de nosotros que solo observamos el núcleo activo, o núcleo, de la galaxia en la que residen. No vemos nada de la galaxia aparte de su brillante centro. Es como ver un faro de automóvil distante por la noche: no tienes idea de qué tipo de automóvil estás mirando, ya que todo, aparte del faro, está en la oscuridad.
Por otro lado, hay galaxias que no están clasificadas como cuásares, pero que aún tienen centros brillantes y activos donde podemos ver el resto de la galaxia. Un ejemplo de este tipo de AGN se llama galaxia Seyfert en honor al astrónomo Carl Keenan Seyfert, que fue el primero en identificarlas.
Las galaxias Seyfert constituyen quizás el 10% de todas las galaxias del universo: no están clasificadas como cuásares porque son mucho más jóvenes y tienen estructuras bien definidas, en lugar de las galaxias jóvenes amorfas y sin forma que se supone que albergaron cuásares tan solo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang.
Pero solo considere las cantidades de energía necesarias para iluminar un objeto lo suficiente como para hacerlo visible en ondas de radio desde los confines más lejanos del universo, como un marinero que puede vislumbrar un faro distante a través de todo un océano. Los cuásares pueden emitir hasta mil veces la energía de la luminosidad combinada de los aproximadamente 200 mil millones de estrellas de nuestra propia Vía Láctea. ¡Un cuásar típico es 27 billones de veces más brillante que nuestro sol! Reemplace el sol en el cielo con un cuásar y su increíble luminosidad lo cegará instantáneamente si es lo suficientemente temerario como para mirarlo directamente. Si colocaras un cuásar a la distancia de Plutón, vaporizaría todos los océanos de la Tierra en un quinto de segundo.
Los astrónomos creen que la mayoría, si no todas, las galaxias grandes pasaron por la llamada «fase cuásar» en su juventud, poco después de su formación. Si es así, disminuyeron en brillo cuando se quedaron sin materia para alimentar el disco de acreción que rodea sus agujeros negros supermasivos. Después de esta época, las galaxias se asentaron en reposo, sus agujeros negros centrales carecían de material para alimentarse. Sin embargo, se ha visto que el agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia se incendia brevemente, a medida que el material que pasa se desvía hacia ella, liberando ondas de radio y rayos X. Es concebible que estrellas enteras puedan ser destrozadas y consumidas al cruzar el horizonte de eventos de un agujero negro, el punto de no retorno.
Debe señalarse, sin embargo, que nuestro conocimiento de la evolución de las galaxias, desde un cuásar joven hasta una galaxia inactiva de mediana edad, está lejos de ser completo. Las galaxias a menudo nos proporcionan excepciones, y como ejemplo, no necesitamos mirar más allá de nuestra propia Vía Láctea. Ahora sabemos, por ejemplo, que hace 3,5 millones de años hubo una explosión gigantesca conocida como llamarada Seyfert en el centro de nuestra galaxia. Aparentemente estaba centrado en Sagitario A*, el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, produciendo dos enormes lóbulos de plasma sobrecalentado que se extendían unos 25.000 años luz desde los polos galácticos norte y sur. Estos enormes lóbulos se llaman burbujas de Fermi y son visibles hoy en día en longitudes de onda de rayos gamma y X (emisiones electromagnéticas de muy alta frecuencia).
Así que los astrónomos todavía están aprendiendo sobre los detalles de la evolución de las galaxias.
De hecho, la historia de los cuásares no ha sido un camino fácil de seguir para los astrónomos. Cuando los cuásares se descubrieron por primera vez a finales de la década de 1950, los astrónomos que usaban radiotelescopios vieron objetos similares a estrellas que radiaban ondas de radio (por lo tanto, objetos de radio cuasiestelares), pero que no eran visibles en los telescopios ópticos. Su parecido con las estrellas, su brillo y sus pequeños diámetros angulares llevaron comprensiblemente a los astrónomos de la época a suponer que estaban mirando objetos dentro de nuestra propia galaxia. Sin embargo, el examen de los espectros de radio de estos objetos reveló que eran más misteriosos de lo que nadie esperaba.
Muchas observaciones tempranas de cuásares, incluyendo las de 3C48 y 3C273, los dos primeros cuásares descubiertos, fueron hechas a principios de la década de 1960 por el astrónomo británico-australiano John Bolton. Él y sus colegas estaban desconcertados por el hecho de que los cuásares no eran visibles en los telescopios ópticos. Querían encontrar las llamadas «contrapartes ópticas» de los cuásares, es decir, un cuásar que fuera visible a sus ojos en un telescopio en lugar de ser detectable solo con instrumentos de radio.
Los astrónomos simplemente no sabían en ese momento que los cuásares eran extremadamente distantes, demasiado distantes para que sus contrapartes ópticas fueran visibles desde la Tierra en ese momento, a pesar de ser objetos intrínsecamente brillantes. Pero luego, en 1963, los astrónomos Allan Sandage y Thomas A. Matthews encontraron lo que estaban buscando: lo que parecía ser una débil estrella azul en la ubicación de un cuásar conocido. Tomando su espectro, estaban perplejos: se parecía a nada que hubieran visto antes. No podían hacer cara o cruz de ella.
Luego, usando el telescopio Hale de 200 pulgadas (5 m), Bolton y su equipo pudieron observar el quasar 3C273 mientras pasaba detrás de la luna. Estas observaciones también les permiten obtener espectros. Y de nuevo los espectros parecían extraños, mostrando líneas de emisión irreconocibles. Estas líneas indican a los astrónomos qué elementos químicos están presentes en el objeto que están examinando. Pero las líneas espectrales del cuásar no tenían sentido, parecían indicar elementos que no debían estar presentes.Gráfico
Fue el astrónomo Maarten Schmidt quien, después de examinar las extrañas líneas de emisión en los espectros de los cuásares, sugirió que los astrónomos estaban viendo líneas de emisión normales que estaban muy desplazadas hacia el extremo rojo del espectro electromagnético.
Y así tuvieron su respuesta. El corrimiento al rojo se debió a la gran distancia del cuásar. Su luz está siendo estirada por la expansión del universo durante su largo viaje hacia nosotros desde el borde del cosmos visible.
Pero si fuera realmente cierto que los cuásares estaban tan lejos como hacia el borde del universo visible, ¿cómo podrían haber generado cantidades tan copiosas de energía? En 1964, incluso la existencia de agujeros negros se debatió acaloradamente. Había muchos científicos que los consideraban nada más que monstruos matemáticos, porque seguramente no podrían existir en el universo real.
Así que el debate sobre la naturaleza de los cuásares continuó hasta la década de 1970, cuando una nueva generación de telescopios basados en la Tierra y el espacio estableció más allá de toda duda razonable que los cuásares efectivamente se encuentran a grandes distancias, que estamos viendo galaxias cuando eran jóvenes, que la etapa de cuásares es una fase natural de su crecimiento. Con los agujeros negros finalmente tomados en serio también, los astrónomos finalmente pudieron modelar la identidad de la casi incomprensible potencia detrás de los cuásares: agujeros negros supermasivos que consumen cantidades estupendas de gas e irradian grandes cantidades de energía en todo el espectro como resultado.
Este modelo explica por qué los cuásares se sientan hacia el borde del universo visible y por qué no los vemos más de cerca: porque los cuásares son galaxias jóvenes, vistas poco después de su formación en el universo temprano.
El estudio de los cuásares, y de los núcleos galácticos activos en general, ha llegado lejos, pero hay mucho que todavía no entendemos. Sin embargo, creo que parte de nuestra falta de comprensión es un fracaso de la imaginación. Es prácticamente imposible comprender la cantidad de energía generada por los motores de agujeros negros en los corazones de los cuásares, esos monstruos en la oscuridad. Es igualmente difícil apreciar lo lejos que están de nosotros. Pero eso no es culpa nuestra: nuestros pobres cerebros simios simplemente no están bien equipados para lidiar con tales conceptos.
Los cuásares son solo un ejemplo de un animal en el zoológico cósmico sobre el que uno solo tiene que aceptar los hechos en lugar de tratar de comprenderlos.
En pocas palabras: Los cuásares son objetos extremadamente brillantes y extremadamente distantes. Se cree que su enorme producción de energía se debe a la actividad alrededor del agujero negro supermasivo central en galaxias jóvenes, cerca del borde del universo observable.
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