GALAXIAS Y ESTRUCTURAS A GRAN ESCALA DEL UNIVERSO

© Manuel Rego

 
CUASARES  

Son las galaxias más brillantes del universo, con luminosidades equivalentes a cien billones de soles. Sus elevados desplazamientos al rojo corresponden a grandes velocidades que ya no pueden ser calculadas utilizando la fórmula Doppler clásica descrita anteriormente, es necesario modificarla introduciendo correcciones suministradas por la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Los cuasares más lejanos conocidos debieron emitir la luz que observamos ahora cuando el universo tenía tan sólo un 5% de su edad actual. Presentan por tanto un gran interés no sólo desde el punto de vista astrofísico y cosmológico sino también para la Física, interesada en comprender los mecanismos que gobiernan las enormes energías liberadas.

El nombre de cuasar tiene su origen en el aspecto que presentan en las imágenes fotográficas donde su aspecto compacto, casi puntual, les asemeja a las estrellas y emiten radiación en un rango muy amplio que abarca desde las radiofrecuencias hasta los rayos X. El motor responsable de la luminosidad observada no es la población de estrellas, como ocurre en las galaxias normales, sino un gigantesco agujero negro situado en el centro que tiene unos cien millones de masas solares y un radio de unos 300 millones km, aproximadamente igual que el diámetro medio de la órbita terrestre. Este gigantesco objeto atrae la materia circundante que en su caída libera una gran cantidad de energía. Existe un consenso generalizado para atribuir el origen de los cuasares a la colisión de dos galaxias ricas en gas. En una primera etapa la concentración de materia provoca una intensa formación de estrellas que permanecerán agrupadas en un cúmulo. Si su masa es suficientemente grande la evolución posterior producirá por si misma, sin necesidad de otras causas externas, el agujero negro supermasivo central.

Encontramos cuasares a grandes distancias pero no los observamos en nuestras vecindades, en el universo local, y ello podría obedecer a las mismas causas que determinan su formación. Podemos suponer que las colisiones de galaxias fueron más frecuentes en el universo lejano, y por tanto más joven, que en el cercano, más viejo. Como la probabilidad de una colisión entre dos objetos depende de su densidad, ésta tuvo que ser mayor en el pasado y el tamaño del universo más pequeño.

El universo contiene objetos que no pueden ser observados, bien por que no emiten radiación alguna o porque es muy débil y queda además atenuada al atravesar grandes distancias. En algunos casos son nubes de gas que carecen de mecanismos, como las estrellas, que las calientan hasta producir luz. Por ello la composición química permanece inalterada desde el momento de su formación y su estudio proporciona claves para comprender mejor, y controlar, procesos ocurridos en la nucleosíntesis primordial, cuando el universo tenía una edad de una decena de minutos. En otros, son galaxias o cúmulos de galaxias cuya identificación suministra datos útiles sobre el contenido total de materia y su distribución a gran escala.

La luz de los cuasares, en su largo recorrido desde los confines del universo, tiene una alta probabilidad de encontrar estas estructuras obscuras. Si el gas es tenue, dejará sus huellas en la luz que la atraviesa y podremos, mediante su identificación y análisis, determinar la distancia, composición y otras propiedades. Cuando la cantidad de materia es grande y está concentrada produce desviaciones de la luz que pasa por sus proximidades y en determinadas condiciones da lugar a efectos muy llamativos como la aparición de imágenes virtuales que pueden ser arcos luminosos o cuasares dobles o múltiples que son gemelos del cuasar real (Fig. 10).

 
Figura 10.- Efecto lente gravitacional. Observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble muestran en la figura de la izquierda cuatro imágenes de un único cuasar PG 1115+080 ( tres virtuales y una real) distante 8000 millones de años luz. La descomposición de las imágenes está causada por el efecto lente gravitacional, al pasar la luz del cuasar por las proximidades de una galaxia elíptica masiva situada a 3000 millones de años luz de la Tierra. A la derecha, podemos observar un anillo que corresponde a la galaxia normal que alberga el cuasar. Es el resultado de substraer las imágenes del cuasar y de la galaxia elíptica de la figura de la izquierda.

La introducción de técnicas observacionales avanzadas ha revelado que los cuasares, al menos lo más cercanos, están en el centro de una galaxia normal, como la nuestra o Andrómeda, en la que ha podido identificarse su tipo morfológico (Fig. 11).

 
Figura 11.- Cuasares. Observaciones del Telescopio Espacial Hubble mostrando diversos cuasares. (1) Cuasar PG 0052+251 distante 1400 millones de años luz albergado en el centro de una galaxia espiral ordinaria. (2) Colisión entre dos galaxias viajando a más de 1.5 millones de km/h. El material lanzado al espacio alimenta al cuasar IRAS04505-2958 (a 3000 millones de al ) situado en la parte superior de la imagen. (3) El largo filamento de gas en la parte superior del cuasar 0316-346 ( distante 2200 millones de años) es el resto de una colisión con una galaxia que no aparece en la imagen. (4) El cuasar PHL 909 ( a 1500 millones de al) residente en el centro de una elíptica de apariencia normal. (5) Observamos en esta imagen el cuasar PG 1012+008 ( a 1600 millones de al ) que está separado 31000 al de una galaxia brillante situada debajo. La interacción entre ambas ha producido la nube de gas difusa que les rodea. (6) Esta imagen muestra una evidencias de la fusión de dos galaxias que dan lugar a un cuasar, IRAS13218+0552 distante 2000 millones de al.

Una tarea que no es nada fácil porque la luz del cuasar es muy intensa y predominante. Estos resultados han llevado a considerar los cuasares como un fenómeno recurrente. Esto es, una galaxia puede pasar a lo largo de su vida por una fase normal seguida por otras en las que aparece como un cuasar. Esta hipótesis requiere que el centro de la galaxia albergue de modo permanente un agujero negro supermasivo. Cuando en el entorno de éste hay una cantidad suficiente de gas, su caída provoca la liberación de las enormes cantidades de energía que son características del fenómeno cuasar. Una vez agotado el combustible la galaxia pasa por una etapa de calma, de normalidad, que mantendrá hasta que haya un nuevo suministro de gas producido por la colisión con otra galaxia.

En apoyo de esta interpretación podemos citar los descubrimientos de agujeros negros en el núcleo de un número cada vez mayor de galaxias normales, entre las que se cuenta nuestra propia Galaxia. Sin embargo en éste y otros casos la masa del agujero negro no es suficientemente grande para que hayan podido ser cuasares en épocas pasadas.

Los cuasares son la variedad más llamativa y extrema de una familia que recibe el nombre de galaxias activas. Entre sus miembros figuran las galaxias Seyfert que son cien mil veces menos luminosas que los cuasares y que pueden ser observadas a distancias relativamente cercanas, inferiores a los 600 millones de al. Los mecanismos que gobiernan su energía son similares a los del cuasar, pero la masa del agujero negro es más pequeña.

 
AGRUPACIONES DE GALAXIAS