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lunes 20 de noviembre de 2017 
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Imagen HST. NASA.

QUASARES: LA LEJANA FURIA DEL UNIVERSO

 

Por Mariano Ribas*

 


Son las criaturas más poderosas del universo. Y sin embargo, no son mucho más grandes que nuestro Sistema Solar, una soberana insignificancia a escala cósmica. Al lado de una galaxia como la Vía Láctea, quedarían tan empequeñecidas como un grano de arena al lado de un portaaviones. A pesar de sus modestas dimensiones, estos feroces monstruitos se las arreglan para emitir increíbles cantidades de energía, cien veces más que cualquier galaxia común. Casi todos se encuentran a distancias imposibles, incluso, hay unos cuantos que están cerca de los bordes del universo observable. Por eso, es muy poco lo que puede verse de sus rostros: aun para los telescopios más potentes de la Tierra, estos extraños objetos aparecen como borrosos puntos de luz, bastante parecidos a las estrellas. Durante décadas, los quasares fueron todo un misterio, y recién ahora los científicos comienzan a entender su insólita naturaleza y su furia descomunal.


Enigma en los cielos

Los quasares son invitados relativamente recientes en los libros de astronomía: hasta hace apenas cuarenta años eran completamente desconocidos. Su descubrimiento fue posible gracias a los progresos de la radioastronomía, una ciencia que comenzó a gatear a fines de la década del 40, especialmente en Estados Unidos, Inglaterra y Australia. Por entonces, los radioastrónomos comenzaban a escudriñar el cielo a la pesca de las llamativas emisiones de radio que llegaban de distintas direcciones del espacio. Y para eso, utilizaban antenas con forma de disco, algunas, de decenas de metros de diámetro: eran los primeros y precarios radiotelescopios.

Cada tanto, los radiotelescopios tropezaban con una señal de radio particularmente intensa. Pero para saber con más precisión dónde se encontraban los misteriosos cuerpos que las originaban (llamados radiofuentes), había que pedirle una manito a los telescopios. Así fue como se identificó a Cygnus A en 1951: una intensa radiofuente que ya era conocida desde hace algunos años, pero de la que nada se sabía, salvo su ubicación aproximada en el cielo. Faltaba verla para saber que era. Entonces, los astrónomos del Observatorio de Monte Palomar, en California, iniciaron la búsqueda. Y descubrieron que el único objeto sospechoso que estaba en la zona de donde provenían las ondas de radio (una parte de la constelación de Cygnus, de ahí el nombre), era una manchita de luz.

Imagen superior: Cygnus A, en imagen de radio (Very Large Array).


Radiofuentes rebeldes

Hasta ese momento, y teniendo en cuenta la potencia con la que llegaban sus ondas de radio, los científicos pensaban que Cygnus A (y las demás radiofuentes) estaba relativamente cerca, dentro de esta galaxia. Pero cuando analizaron su luz, pegaron un salto: el objeto parecía estar a unos 1000 millones de años luz de distancia. Una barbaridad. Luego de confirmar una y otra vez todos los datos, algo comenzó a quedar en claro: fuese lo que fuese, Cygnus A tenía una potencia inusual. Sólo así se explicaba como sus ondas de radio llegaban a la Tierra con tanta nitidez. Hoy en día, se sabe que Cygnus A es una de las tantas galaxias activas conocidas, islas de estrellas dotadas de núcleos inusualmente violentos y energéticos. Pero Cygnus A no es un quasar.

A fines de la década del 50, los astrónomos ya habían observado (y fotografiado) con sus telescopios varias decenas de las 2 mil radiofuentes conocidas por entonces. Casi todas parecían ser galaxias muy lejanas (algunas, del tipo de Cygnus A), y estrellas muy calientes o supernovas de la propia Vía Láctea. Pero había un puñado de rebeldes radiofuentes extragalácticas sumamente particulares, que se resistían a dar su identificación. Eran demasiado pequeñas como para que los radiotelescopios de aquella época pudieran determinar su posición exacta en el cielo. Y de ese modo, los telescopios no podían buscarlas. Sin embargo, este juego de las escondidas no duró mucho más: la palabra quasar estaba por aparecer.


¡Eureka!

El descubrimiento oficial del primer quasar es una historia que vale la pena contar. En 1962, un equipo de radioastrónomos completo la construcción de un moderno radiotelescopio en Nueva Gales del Sur, Australia. Y por ahí andaba dando vueltas un tal Cyril Hazard, un astrónomo de la Universidad de Sydney que quería estrenar el nuevo chiche a lo grande. Hazard sabía que ni siquiera con ese flamante aparato sería posible determinarse con precisión la ubicación de las radiofuentes más pequeñas. Pero tenía en mente una estrategia: contratar a la Luna de ayudante. ¿Cómo es eso? Resulta que el ingenioso radioastrónomo sabía que la Luna estaba por pasar por delante de la zona donde estaba 3C 273, una poderosa radiofuente no identificada visualmente. (Su estrambótico nombre tiene justificación: era el objeto numero 273 en el Tercer Catálogo de radiofuentes de Cambridge). Si se rastreaba constantemente con el radiotelescopio las señales de radio de 3C273 antes, durante y después de que la Luna la ocultara, sería posible determinar con suma precisión los momentos en que esas señales desaparecían y reaparecían. Y de ahí a ubicar la exacta posición de 3C273 en el cielo, sólo había un paso.

Y bien, el momento se acercaba, pero surgió un problema: Hazard se dio cuenta de que en el momento de que la Luna destapara a 3C273, estaría a baja altura sobre el horizonte. Y el radiotelescopio no podría inclinarse tanto como para apuntarla, porque el borde de su enorme disco chocaría contra el suelo . La solución fue sencilla e ingeniosa: Hazard y los suyos cavaron un pozo en la parte del terreno donde chocaría el borde de la antena, para que esta pudiera bajar un poco más, y así registrar la reaparición de las señales de radio de 3C273. Todo salió bien: el radiotelescopio australiano captó los momentos precisos en que las ondas de radio desaparecían y reaparecían tras el paso de la Luna. Así, Hazard obtuvo las coordenadas exactas del enigmático objeto. Y enseguida se las envió a los astrónomos del Observatorio de Monte Palomar, para que buscaran a 3C273. La elección no era casual: allí estaba el gigantesco Telescopio Hale, que por entonces, era más grande del mundo. Entonces, vino la primera gran sorpresa (porque hubo varias en cadena): en el lugar donde debía estar 3C 273, el Telescopio Hale no encontró ningún objeto llamativo, sino un simple punto de luz, bastante brillante y ligeramente deformado. Parecía muy poca cosa como para armar tanto lío. Encima, el análisis de su espectro luminoso mostraba detalles que no correspondían a los de las estrellas, las galaxias, ni ninguna otra cosa conocida.


Imagenes del brillante quasar 3c 273 y su jet en tres tomas, una del Eso New Tecnology Telecope, otra del jet del Hubble Space Telescope y otra del Palomar Sky Survey.

Chiquitos pero poderosos

Poco más tarde, en 1963, un nuevo asunto hizo saltar la banca: mientras estudiaba detenidamente el espectro de 3C 273, el astrónomo norteamericano Marteen Schmidt (que había captado la imagen del objeto con el Telescopio de Monte Palomar) descubrió que ciertos detalles de su luz estaban muy desplazados respecto a lo normal (corridos hacia el extremo rojo del espectro). Eso significaba que el objeto se alejaba a una velocidad alocada, y que estaba muy lejos de la Tierra. Schmidt hizo los cálculos y llegó a una conclusión espectacular: sea lo que fuese, esta cosa estaba a 2 o 3 mil millones de años luz de distancia, y disparaba a la fantástica velocidad de 50 mil kilómetros por segundo. Parecía una locura: ¿cómo algo tan lejano podía verse con tanta claridad (tanto en ondas de radio, como en luz normal), como si estuviera aquí a la vuelta?. Para levantar un poco más la temperatura, y casi al mismo tiempo, se analizó el espectro de 3C48, otra radiofuente bastante potente, que también se veía como un respetable punto de luz en los telescopios. Resultó que su luz estaba aún más distorsionada que la de 3C273, tanto que 3C48 debía estar a la friolera de 5 o 6 mil millones de años luz (cerca del borde del universo conocido por entonces). Era mucho, tanto que algunos astrónomos comenzaron a sospechar de las mediciones. Si el dato de la distancia de 3C48 les erizaba la piel, el de su tamaño, directamente los dejó knock out: varios estudios coincidían en que este objeto no era mucho más grande el Sistema Solar. Tal vez, tenía el doble o el triple de su diámetro, pero no más. Una miseria al lado de la más modesta de las galaxias. Sin embargo, brillaba como montones de ellas juntas.

En medio de la locura, los astrónomos pudieron sacar algunas conclusiones. Primero: estas radiofuentes que en los telescopios se veían como estrellas, no eran estrellas, porque ninguna estrella sola puede emitir tanta luz y ondas de radio como para verse desde tan lejos (salvo una explosión de supernova, pero no eran supernovas). Pero al mismo tiempo, parecían ser exageradamente chicas como para ser galaxias. Segundo: nunca se había visto semejante ostentación de energía, ni siquiera en las galaxias activas, como Cygnus A. Era evidente que se estaba frente a una nueva especie cósmica.

¿Núcleos galácticos?

A esta altura (principios de la década del 60), estas insólitas y lejanísimas criaturas dejaron de llamarse "radiofuente" a secas, y recibieron un nombre acorde a su aspecto visual: quasistellar radio source ("radiofuentes casi estelares"). Y de ahí, abreviando, quedó su nombre más familiar: quasar.

Durante los años siguientes, y con mejores instrumentos (nuevos telescopios, radiotelescopios combinados y satélites de observación astronómica) los astrónomos fueron detectando más y más quasares. Y sus características eran mas o menos siempre las mismas: estaban a miles de millones de años luz de distancia, eran relativamente chicos, muy calientes, y cada uno brillaba como 100 galaxias juntas. Pero faltaba averiguar lo más importante: qué eran, y cual el secreto de su increíble energía, que permitía verlos desde tan lejos. Una de las teorías mas aceptadas hacia 1970 (todavía vigente) decía que los quasares eran los núcleos de galaxias super energéticas, cuyas siluetas características no podían distinguirse por culpa de las enormes distancias. Probablemente, eran los miembros más extremos de la familia de las galaxias activas. Pero no había ninguna prueba de que los quasares fuesen realmente los corazones de galaxias muy distantes.

Desenmascarando a las bestias

La tecnología permitió aclarar parte del misterio: hace unos veinte años, los grandes telescopios comenzaron a trabajar con unos aparatitos llamados CCD (por charge coupled devices, "dispositivos de carga acoplada"). Son pequeños chips de silicio, mucho más sensibles a la luz que las mejores películas fotográficas. Combinando las CCD con los supertelescopios (entre ellos, el Hubble, ya en esta década), los astrónomos han venido descubriendo, uno tras otro, montones de quasares (cada vez más lejanos) rodeados de una nubosidad muy tenue, que probablemente serían millones de estrellas. Y si, parece que los quasares son los núcleos de galaxias lejanísimas.

Una parte del asunto parecía estar resuelta. Pero faltaba la otra: ¿de dónde diablos sacan toda esa furia energética? En principio, sólo habría una inquietante posibilidad: descomunales agujeros negros devorando materia a lo loco. Según los modelos actuales, en el corazón de cada uno de los quasares habría un colosal agujero negro (con una masa equivalente a 1000 millones de soles) que gracias a su desmesurada fuerza de gravedad, atraería a toda la materia de su vecindad: nubes de gas, estrellas y todo lo que tuviese alrededor. Incluso, galaxias cercanas. Toda esa materia robada, iría formando un frenético y ardiente remolino que caería hacia las fauces del agujero negro. Todo este proceso, derramaría cantidades increíbles de energía, en forma de emisiones de luz, rayos X y ondas de radio. Sin embargo, este canibalismo no podría durar por siempre, porque llegaría un momento en que la bestia gravitatoria se quedaría sin comida (estrellas, gas y galaxias enteras), al menos, comida que esté a su alcance. Y así, la actividad de los quasares iría menguando con el correr del tiempo.

Esto explicaría muchas cosas. Por ejemplo, la amplia variedad de galaxias activas que se conoce. Todo indica que los quasares y las galaxias activas son parte de un mismo fenómeno: excéntricas galaxias con fantásticos agujeros negros en sus núcleos. Y que por sus diferente edades, atraviesan por distintas fases de su evolución. Los quasares serían la primera parte de esa evolución, la más energética.

Un horizonte prometedor

Hace apenas unos años, una noticia cruzó como un rayo por todos los observatorios astronómicos del mundo: se habían descubierto un par de quasares que estarían a unos 14 mil millones de años luz de la Tierra. O sea, muy cerca del borde del universo conocido. Si están a esa distancia, su luz debe haber demorado 14 mil millones de años en llegar hasta aquí, y por lo tanto, se ven como eran por entonces, y no como son ahora. Son imágenes del pasado más remoto, del principio de los tiempos. Una época en que el universo era poco más que un bebé, (porque se supone que nació hace unos 15 mil millones de años, con el famoso Big Bang), un tiempo en el que las primeras galaxias comenzaban a formarse. Y una pequeña minoría de ellas, terminaría por convertirse en quasares.

Mucho se ha avanzado desde aquel "Eureka" de 1962. Ahora, los quasares catalogados no se cuentan de a decenas, sino de a miles. De todos modos, y teniendo en cuenta los 100 mil millones de galaxias que forman el universo, los quasares no parecen ser la regla, sino la excepción. O visto desde otro lugar: podrían ser breves etapas -cosmológicamente hablando, claro- en la infancia de todas las galaxias.

Todavía falta averiguar mucho más sobre estos lejanos faros cósmicos, y también, confirmar lo que supuestamente se sabe de ellos. El misterio aún no está resuelto. Pero en esa dirección están orientados muchos de los esfuerzos de la astronomía actual: la descontrolada furia de los quasares recién comienza a descifrarse.

**Lic. Mariano Ribas es Coordinador del Area de Astronomía del Planetario de la Ciudad de Buenos Aires Galileo Galilei. Licenciado en Ciencias de la Comunicación (Universidad de Buenos Aires).

Comentarios o consultas dirigirse a: manoribas@yahoo.com

 

 

 

 
 
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