Quásares y AGN

Los quásares y sus parientes cercanos, los AGN (Active Galactic Nucleus) son posiblemente los objetos mas brillantes del Universo.

This artist’s impression shows the surroundings of the supermassive black hole at the heart of the active galaxy NGC 3783 in the southern constellation of Centaurus (The Centaur). New observations using the Very Large Telescope Interferometer at ESO’s Paranal Observatory in Chile have revealed not only the torus of hot dust around the black hole but also a wind of cool material in the polar regions.
Impresión artística que muestra el entorno del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia activa NGC 3783 en la constelación meridional de Centauro. Nuevas observaciones utilizando el Very Large Telescope Interferometer en el Observatorio Paranal de ESO en Chile han revelado no sólo el toro de polvo caliente alrededor del agujero negro, sino también un viento de material fresco en las regiones polares.

Tan brillantes que eclipsan las galaxias que las contienen, los quásares son objetos distantes alimentados por agujeros negros mil millones de veces más masivos que nuestro Sol. Estos poderosos dínamos han fascinado a los astrónomos desde su descubrimiento hace medio siglo.

En la década de 1930, Karl Jansky, físico de Bell Telephone Laboratories, descubrió que la interferencia estática en las líneas telefónicas transatlánticas provenía de la Vía Láctea. En la década de 1950, los astrónomos estaban usando radiotelescopios para sondear los cielos, y emparejando sus señales con imagenes en luz visible.

Sin embargo, algunos de los objetos puntuales -los más pequeños- no tenían una coincidencia. Solo había ondas de radio.

Los astrónomos los llamaban “fuentes de radio quasi-estelares” o “quásares”, porque las señales provenían de un lugar, como una estrella.

Se necesitaron años de estudio para darse cuenta de que estas manchas lejanas, que parecían indicar estrellas, eran creadas por partículas aceleradas a velocidades que se aproximan a la velocidad de la luz.

Cual es la diferencia entre una galaxia normal y una AGN?

Para galaxias normales, creemos que la energía total que emiten es la suma de la emisión de cada una de sus estrellas, pero en galaxias activas, esto no es cierto. Hay mucha más energía emitida en galaxias activas de lo que debería ser y este exceso se encuentra en las regiones infrarroja, de radio, UV y de rayos X del espectro electromagnético.

La energía emitida por una AGN, es cualquier cosa pero normal. Entonces, ¿qué está pasando en estas galaxias para producir una salida tan enérgica?

La mayoría, si no todas, las galaxias normales tienen un agujero negro supermasivo en su centro. En una galaxia activa, su agujero negro supermasivo “absorve” material de las regiones cercanas.

A medida que el material cae hacia el agujero negro, se formará un disco. Este disco, llamado disco de acreción, se calienta debido a las fuerzas gravitacionales y de fricción.

Jets a la velocidad de la luz

Los científicos ahora sospechan que los diminutos brillos son en realidad señales de núcleos galácticos.
Los cuásares viven sólo en galaxias con agujeros negros supermasivos – agujeros negros que contienen miles de millones de
veces la masa del Sol. Aunque la luz no puede escapar del agujero negro en sí, algunas señales pueden llegar libremente desde los alrededores.

Mientras que un poco de polvo y gas caen en el agujero negro, otras partículas se aceleran prácticamente a la velocidad de la luz. Las partículas se escapan del agujero negro en chorros (jets) por encima y por debajo de él, accionadas por uno de los aceleradores naturales de partículas más potentes del universo.

Diagrama esquemático del funcionamiento de un AGN. Es un agujero negro supermasivo con un anillo de acreción hiper caliente. Alrededor un toro obscurecedor.  Según el angulo que lo observamos, es un Blazar, una galaxia Seyfert o un quasar.
Diagrama esquemático del funcionamiento de un AGN. Es un agujero negro supermasivo con un anillo de acreción hiper caliente. Alrededor un toro obscurecedor. Según el angulo que lo observamos, es un Blazar, una galaxia Seyfert o un quasar.

La mayoría de los quásares se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Debido a que la luz necesita tiempo para viajar desde allí, el estudio de los objetos en el espacio funciona como una máquina del tiempo; Vemos el objeto como era cuando su luz lo dejó, hace miles de millones de años. Así, los científicos cuanto mas lejos miran, más atrás en el tiempo lo hacen. La mayoría de los más de 2.000 quásares conocidos existían en los primeros años de vida de la galaxia. Las galaxias como la Vía Láctea pueden haber contenido un quasar que ha estado silencioso durante mucho tiempo.

Los quásares emiten energías de millones, o incluso billones de electrones voltios. Esta energía excede el total de la luz de todas las estrellas dentro de una galaxia. Son los objetos más brillantes del universo, brillan entre 10 y 100.000 veces más que la Vía Láctea.

Árbol genealógico

Los quásares son parte de una clase de objetos conocidos como núcleos galácticos activos (AGN). Otras clases incluyen galaxias de Seyfert y blazars. Los tres requieren agujeros negros supermasivos para alimentarlos.

Las galaxias de Seyfert son la AGN de menor energía, emitiendo “sólo” unos 100 kiloelectronvoltios (KeV). Los blazares, al igual que sus primos quásares, emiten mucho más energía.

radnfig5
La galaxia NGC 4261. Esta vez es real, no solo una impresión artística. Nuevamente se ve el toro de material que rodea al agujero negro, y los jets.

Muchos científicos piensan que los tres tipos de AGN son los mismos objetos, pero con perspectivas diferentes. Mientras que los chorros de quasares parecen emitirse en dirección aproximadamente a la Tierra, los de los blazars nos señalan directamente. Aunque no se ven chorros en las galaxias de Seyfert, los científicos piensan que esto puede deberse a que los vemos desde un lado, de modo que toda la emisión está apuntada lejos de nosotros y, por lo tanto, no se detecta.