Nuevas ideas sobre los quásares

En el distante universo joven, los quásares brillan con una luminosidad que no tiene parangón en el cosmos local.

Aunque vistos a través de telescopios ópticos lucen como estrellas, los quásares son en realidad los centros brillantes de galaxias localizadas a miles de millones de años luz de la Tierra.
Via Astroseti

Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán


Actualmente, se imagina al hirviente corazón de un quásar como conteniendo un disco de gas caliente que cae en espiral hacia un agujero negro súper-masivo. Una parte de este gas es eyectada fuertemente en dos chorros opuestos a una velocidad cercana a la de la luz.

Los teóricos luchan para comprender la física del disco de acreción y de los chorros, mientras que los observadores luchar por dar un vistazo al corazón del quásar. El “motor” central que impulsa a los chorros es difícil de estudiar a través de telescopios porque la región es muy compacta y los observadores terrestres se encuentran muy lejos.

El astrónomo Rudy Schild del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) y sus colegas estudiaron el quásar conocido como Q0957+561, localizado a unos nueve mil millones de años luz de la Tierra, en la dirección de la constelación Ursa Major (Osa Mayor). Este quásar contiene un objeto central compacto que contiene una masa de unos tres a cuatro mil millones de Soles. La mayoría podría pensar que este objeto es un “agujero negro”, pero la investigación de Schild sugiere otra cosa.

“No decimos que este objeto sea un agujero negro porque encontramos evidencia de que contiene un campo magnético anclado internamente que penetra justo a través de la superficie del objeto central colapsado, y que interactúa con el medioambiente del quásar”, comentó Schild.

Los astrónomos escogieron a Q0957+561 por su asociación con una lente cósmica natural. La gravedad de una galaxia cercana tuerce el espacio, formando dos imágenes del distante quásar y magnificando su luz. Las estrellas y los planetas dentro de la galaxia cercana afectan también la luz del quásar, causando pequeñas fluctuaciones en su luminosidad (un efecto conocido como “microlente”) cuando se deslizan dentro de la línea de visión entre la Tierra y el quásar.

Schild monitoreó la luminosidad del quásar a lo largo de 20 años, y encabezó un consorcio internacional de observadores operando 14 telescopios a los efectos de mantener al objeto bajo vigilancia continua las 24 horas del día en períodos críticos.

“Por medio del proceso de micro-lente, podemos discernir con mayor detalle este así llamado “agujero negro” que se encuentra a dos tercios de distancia de los confines del universo visible, que lo que podemos lograr en el caso del agujero negro del centro de la Vía Láctea”, dijo Schild.

A través de un cuidadoso análisis, el equipo afinó los detalles del núcleo del quásar. Por ejemplo, sus cálculos definieron el lugar de donde surgen los chorros.

“¿Cómo y por qué se forman estos chorros? Aún después de 60 años de observaciones de radio, no teníamos una respuesta. Ahora la evidencia ha llegado, y sabemos”, enfatizó Schild.

Schild y sus colegas descubrieron que los chorros parecen surgir desde dos regiones que tienen un tamaño de 1 000 unidades astronómicas (es decir, unas 25 veces la distancia Sol-Plutón) localizadas unas 8 000 unidades astronómicas directamente sobre los polos del objeto compacto central (una unidad astronómica se define como la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, o sea 150 millones del kilómetros).

Sin embargo, esa ubicación sería esperable únicamente si los chorros fueran potenciados al reconectar las líneas del campo magnético que estaban ancladas al objeto súper-masivo en rotación dentro del quásar. Al interactuar con el disco de acreción que lo rodea, esas líneas giratorias del campo magnético se van enrollando, apretándose cada vez más y más, hasta que se unen explosivamente, se reconectan y se rompen, liberando enormes cantidades de energía que impulsan a los chorros.

“Este quásar parece estar dominado dinámicamente por un campo magnético anclado internamente a su objeto central compacto súper-masivo en rotación”, afirmó Schild.

Más evidencia sobre la importancia del campo magnético internamente anclado del quásar se puede encontrar en estructuras de los alrededores. Por ejemplo, la región interior más cercana al quásar parece haber sido barrida totalmente de material. El borde interior del disco de acreción, localizado a unas 2 000 unidades astronómicas del objeto central compacto, es calentado hasta la incandescencia u brilla fuertemente. Ambos efectos son signos físicos de un campo magnético interno giratorio que está siendo empujado por la rotación del objeto compacto central, un fenómeno denominado “efecto propulsante magnético”.

Las observaciones sugieren también la presencia de un amplio flujo en forma de cono proveniente del disco de acreción. En los lugares iluminados por el quásar central, brilla con un delineado en forma de anillo conocido como “estructura Elvis”, por el colega de Schild en Cfa, Martin Elvis, quien previó teóricamente su existencia. La sorprendentemente grande apertura angular del flujo que se observa, puede explicarse mejor por la influencia de un campo magnético intrínseco contenido dentro del objeto compacto central de este quásar.

A la luz de estas observaciones, Schild y sus colegas, Darryl Leiter (Centro Marwood de Investigación Astrofísica) y Stanley Robertson (Universidad Estatal del Sudoeste de Oklahoma), han propuesto una controversial teoría, en la que el campo magnético es intrínseco al objeto compacto súper-masivo central del quásar, en lugar de ser únicamente una parte del disco de acreción, como piensa la mayoría de los investigadores. Si se confirmara, esta teoría llevaría a una revolucionaria nueva imagen de la estructura quásar.
“Nuestro descubrimiento enfrenta la visión aceptada de los agujeros negros”, dijo Leiter. Incluso hemos propuesto un nuevo nombre para ellos: Objetos Magnetosféricos Eternamente Colapsantes, o MECOs “, una variante de un nombre acuñado inicialmente por el astrofísico indio Abhas Mitra en 1998. “Los astrofísicos de hace 50 años no tenían acceso a los conocimientos modernos de la electrodinámica cuántica que está detrás de nuestras nuevas soluciones a las ecuaciones originales de la relatividad de Einstein”.

Esta investigación sugiere que, además de su masa y de su spin, el objeto compacto central del quásar puede tener propiedades físicas más parecidas a un dipolo magnético en rotación de alto corrimiento al rojo, que a un agujero negro. Por esa razón, la materia que se aproxima no desaparece para siempre, sino que en cambio siente los campos magnéticos en rotación, parecidos a un motor, y es expulsada hacia atrás nuevamente. Según esta teoría, un MECO no posee un horizonte de eventos, de modo que la materia que se puede acercar al propulsor magnético es frenada gradualmente y detenida en la superficie de alto corrimiento al rojo del MECO, con apenas una débil señal que conecta la radiación proveniente de esa materia con un observador lejano. Esa señal es muy difícil de observar y no ha sido detectada en Q0957+561.

Esta investigación fue publicada en el número de julio de 2006 del Astronomical Journal, y está disponible on-line en http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.

Con sus cuarteles generales en Cambridge, Massachusetts, el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) es una colaboración conjunta entre el Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Observatorio del Colegio de Harvard. Los científicos de CfA, organizados en seis divisiones de investigación, estudian el origen, evolución y destino último del universo.
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Fuente: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics