QUÁSARES: Voraces agujeros negros en el corazón de galaxias distantes

La década de 1960 fue una época de revolución. Y la astronomía experimentó la suya por aquellos años, cuando un trío de descubrimientos totalmente inesperados sacudieron el mundo de la ciencia. En 1964, los radioastrónomos Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron el resplandor cada vez más tenue del Big Bang con una antena en forma de cuerno en Holmdel, Nueva Jersey, revelando la radiación cósmica de fondo de microondas. Luego, en 1967, Jocelyn Bell, trabajando en el Observatorio de Radioastronomía Mullard en Cambridge, Inglaterra, detectó los primeros púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente y que algunas supernovas dejan atrás. Pero antes de esos dos avances, los quásares irrumpieron en escena en 1963. Estos extraños objetos parecían estrellas pero emitían más energía que galaxias enteras. En las seis décadas transcurridas desde su descubrimiento, los astrónomos han llegado a comprender que son impulsados por agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias. Los quásares ya no son meras curiosidades, sino que sirven como valiosas sondas que ayudan a los astrónomos a comprender la formación y evolución de las galaxias, así como las primeras épocas del universo. Los primeros indicios de cuásares llegaron en 1959, cuando se publicó el Tercer Catálogo de fuentes de radio de Cambridge (3C), que presentaba varios objetos extraños. Los más extraños eran los potentes emisores de radio que parecían estrellas; fueron denominadas fuentes de radio cuasi estelares. Las estrellas normales, como el Sol, brillan tan débilmente en longitudes de onda de radio que los investigadores nunca esperaron descubrir estrellas con un volumen alto de radio. La resolución del misterio provino de la entrada 273 del catálogo: 3C 273. La Luna ocultó este objeto varias veces en 1962, lo que permitió a los radioastrónomos determinar su ubicación. El astrónomo de Caltech Maarten Schmidt apuntó a la fuente con el telescopio de 200 pulgadas. Hale, entonces el más grande del mundo, y encontró lo que parecía ser una estrella de magnitud 13 anodina y corriente. Pero su espectro fue extraordinario. Mostraba una serie de fuertes líneas de emisión que no parecían corresponder a ningún elemento conocido. El momento eureka de Schmidt llegó el 5 de febrero de 1963, cuando reconoció las extrañas líneas como la huella espectral del hidrógeno, el elemento más común del universo, desplazada de sus longitudes de onda normales a la porción roja del espectro. ¡Este corrimiento al rojo implicaba que 3C 273 se estaba alejando de la Tierra a casi el 16 por ciento de la velocidad de la luz! Ninguna estrella se comporta así. Schmidt rápidamente se dio cuenta de que el corrimiento al rojo de 3C 273 se derivaba de la expansión del universo, ubicando el objeto a unos 2 mil millones de años luz de la Tierra. Para aparecer como un objeto de magnitud 13, lo suficientemente brillante como para ser visible en modestos telescopios de aficionados, 3C 273 debe tener una luminosidad 40 veces mayor que la de las galaxias más brillantes conocidas en ese momento. En los 60 años transcurridos desde entonces, los investigadores han catalogado más de un millón de quásares. Curiosamente, sólo alrededor del 10 por ciento emite ondas de radio, pero estos quásares silenciosos en términos de radio imitan a sus hermanos más ruidosos. Rápidamente se hizo evidente que los quásares debían aprovechar una fuente de energía previamente desconocida. Los quásares no sólo parecen estrellas, sino que también cambian de brillo en períodos tan cortos como un día. Debido a que ningún objeto puede variar en menos tiempo del que tarda la luz en cruzarlo, esto significa que algunos quásares no tienen más de un día luz de diámetro, o sólo unas pocas veces más anchos que la órbita de Neptuno alrededor del Sol. Y los quásares irradian mucha más luz desde este pequeño volumen que galaxias enteras. La fusión nuclear, que alimenta al Sol y a otras estrellas, convierte menos del 1 por ciento de la masa de una estrella en energía y no puede acercarse a la potencia que emiten los quásares. La respuesta parecía increíble en ese momento: agujeros negros supermasivos que contienen millones o miles de millones de veces la masa del Sol en los centros de las galaxias, alimentándose activamente de las estrellas y el gas circundantes. Aunque se sugirió a mediados de los años 60, la idea no obtuvo amplia aceptación durante un par de décadas porque muchos científicos consideraban los agujeros negros puramente teóricos. Pero los astrónomos ahora piensan que dependiendo de la velocidad de rotación del agujero negro, este proceso puede convertir hasta el 42 por ciento de la masa del material en energía electromagnética. La gravedad de un agujero negro es tan fuerte que puede destrozar una estrella o una nube de gas que se acerque. A medida que el material despojado gira en espiral hacia el horizonte de sucesos del agujero negro (el punto sin retorno en el que nada, ni siquiera la luz, puede viajar lo suficientemente rápido como para escapar), forma un disco de acreción aplanado. El gas gira a velocidades cercanas a la de la luz. La fricción entre los átomos calienta tanto el gas que produce la intensa radiación que vemos. Con la excepción de eventos fugaces como supernovas y explosiones de rayos gamma, los cuásares son los objetos más brillantes del universo. Esto los convierte en poderosas sondas del universo distante. Y como los fotones de estos objetos tardan tanto en llegar hasta nosotros, también arrojan luz sobre las condiciones en las que el cosmos era más joven. Para ampliar los límites de nuestra comprensión hasta el borde del universo observable, los astrónomos necesitan el poder del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Su espejo de 6,5 metros capta más luz que la mayoría de los telescopios terrestres y su sensibilidad a la luz infrarroja cercana lo hace ideal para observar galaxias y quásares con los corrimientos al rojo más altos. Los hallazgos están cambiando la forma en que los astrónomos piensan sobre la evolución de las galaxias, incluida la cuestión de qué surgió primero: las galaxias o los agujeros negros supermasivos en sus centros. Cuando los astrónomos descubrieron por primera vez la relación entre las masas de las galaxias y los agujeros negros supermasivos, parecía una locura pensar que los agujeros negros eran lo primero. “Pero al ver algunos cuásares con miles de millones de masas solares en el universo primitivo, incluso si no fueron los primeros, deben haber tenido una ventaja en crecimiento en comparación con las galaxias circundantes" aseguran. No cabe duda que los quásares mantendrán ocupados a los astrónomos durante otros 60 años.