En el siglo XX hubo un gran avance en lo que a observaciones astronómicas se refiere: se comenzó a observar en diferentes longitudes de onda como ondas de radio, microondas ó rayos X, en vez de únicamente en el visible. Esto permitió que se pudiera descubrir nuevos fenómenos o eventos que hasta ese momento habían permanecido ocultos, mostrándonos que había procesos que ocurrían en algunas galaxias que no se habían imaginado hasta entonces.
Quásars
Uno de los nuevos cuerpos que se encontró, aunque en luz visible, fueron los cuásars. Estos eran objetos que parecían estrellas, es decir aparecían puntuales en las imágenes, pero que presentaban un corrimiento al rojo enorme, lo que implicaba que éstos no pertenecían a nuestra galaxia, sino que competían con las galaxias más lejanas conocidas. Y por tanto requerían tener un brillo muy grande para poder ser vistos desde tan lejos.
Además presentaba emisiones a determinadas longitudes de onda (colores) muy raras hasta entonces, junto con efectos Doppler que implicaban que el gas que emitía esas líneas tenía una velocidad excepcionalmente alta: del orden de 10.000 km/s.
Esto les hacía ser uno de los cuerpos más energéticos que se conocía hasta entonces, sin tener muy claro qué eran en realidad.
Y el hecho de que pareciesen estrellas pero no lo fuesen en realidad, se decidió llamarlos objetos cuasi-estelares, que derivó en quásars.
Galaxias Seyfert
Por otro lado, también se descubrió al analizar los espectros de determinadas galaxias en apariencia normales que éstas presentaban unas líneas inusualmente extrañas, que al igual que ocurría con los quásars, implicaban que el gas que lo emitía tenía una velocidad enorme, algo no conocido hasta entonces en ninguna galaxia «típica». Por ello, se catalogaron como un nuevo tipo de galaxias: galaxias Seyfert, que hacía referencia a que en ellas tenía lgar algún tipo de fenómeno no conocido.
Radio galaxias
De una forma independiente, esta vez en observaciones en ondas de radio, se detectaron otras galaxias «extrañas», que emitían mucho más de lo esperado en esta parte del espectro, por lo que recibieron el nombre de radio galaxias. En algunos casos, estas emisiones en radio coincidían con anteriores quásares descubiertos, aunque en otros otros casos eran objetos nuevos.
Aquí lo que se veía eran galaxias «normales» solo que con mucha más emisión en radio, localizada en forma de dos chorros que salían siempre desde el centro de la galaxia hacia el espacio, con unos tamaños enormes (del orden de la galaxia o mayores) y cuyas partículas viajaban a velocidades próximas a la de la luz, por lo que lo que fuese que aceleraba dicho material debería tener una enorme potencia.
En total, las radio galaxias actualmente conocidas representan un 5% del total de galaxias conocidas, por lo que no son un grupo despreciable de objetos.
Unificación
Hasta aquí una muestra de tres nuevos objetos que fueron descubiertos por diferentes métodos a lo largo del siglo XX, pero que dieron lugar a una descripción que los relacionaba a todos por igual, dependiendo únicamente de por donde se mire.
Empezando por el hecho fundamental en todos: en el centro de cada galaxia se sabe que hay un agujero negro supermasivo, que es el responsable de que todo orbite en torno a éste, y tiene una masa del orden de 10 millones de masas solares.
En ocasiones, este AN (Agujero Negro) estará rodeado de material que poco a poco se va precipitando hacia él. En estos casos, el modelo actual que se maneja y que da las mejores predicciones describe que alrededor del AN se forma el famoso disco de acreción, en el cual el material gira muy rápidamente y se encuentra a una elevada temperatura, dando lugar a la fuerte emisión en rayos X y los grandes efectos Doppler por su velocidad.
En esta zona, a escasa distancia del AN propiamente dicho se suele tener un campo magnético extraordinariamente fuerte que, junto con la rotación del AN, suele provocar que las líneas del campo se «enrosquen» alejándose por la zona de los polos, lo que provoca que las partículas cargadas queden encerradas ahí y sean aceleradas a velocidades relativistas alejándose rápidamente del AN. ¿Os recuerda a algo?. Sí, esos son los jets que se ven en las radio galaxias (los cuales a veces están «funcionando» y otras veces no).
Más lejos del AN se forma un «toro» (o donut) de polvo y gas, lo que hace que en función de por donde miremos (a través del toro o por encima de él) veamos una cosa u otra, ya que el toro es «oscuro» por lo que no deja pasar la luz a través de él.
Así, llegamos a algo similar a lo que vemos en la figura, en donde hay que destacar que siempre la emisión que surge directamente del AN (tanto del disco de acreción como del jet visto de frente) suele ser muy superior a la luz emitida por toda la galaxia.
De esta forma, si miramos desde encima del chorro (jet) estaremos viendo una emisión puntual (toda la emisión está localizado en ese chorro y oculta al resto) y muy fuerte en radio, por lo que estamos viendo lo que se denomina un blázar, que a grandes rasgos es un cuásar pero con emisión en radio y que presenta unas variaciones de brillo muy rápidas, lo que indica que el tamaño de este cuerpo es muy muy pequeño (y por eso la única explicación plausible hoy en día es que sea una agujero negro).
Si no existe dicho chorro, lo que veríamos es también una emisión muy fuerte y puntual (es decir originada en una zona muy pequeña), que a grandes distancias nos ocultaría el brillo del resto de la galaxia. Sí!, hemos descrito un quásar.
Como pasos intermedios, tenemos que si estuviéramos mirando a dicho AN desde la zona donde está el toro, no veremos la emisión central, pero sí al gas que está más alejado y que queda por encima de dicho toro. De esta forma, si existe jets fuertes estaremos viendo lo que conocemos por radio galaxia: el brillo no es diferente al de una galaxia normal pero presenta dos chorros de radio muy fuertes que surgen del centro. Y si no hay jet, pues se reduce a una galaxia Seyfert, que no tendrá un brillo diferente al de una galaxia normal (no vemos el interior del AN) pero sí presenta líneas de emisión «extrañas» emitidas por le material cercano.
Así que realmente todos estos objetos se producen por unas condiciones similares, produciéndose siempre entorno al agujero negro supermasivo que hay en las galaxias. Por ello, habitualmente a todos estos se les nombra de forma genérica como Nucleos Galácticos Activos (AGN), debido a que son procesos que tienen lugar en el núcleo galáctico cuando éste está «activo», es decir, tragando materia.
Todo esto, hay que decir que tiene un tamaño extremadamente reducido en comparación con el de la galaxia: la parte interna de dicho agujero negro suele tener tamaños típicos del orden del Sistema Solar (del orden de 10 – 100 mil veces más pequeño que el tamaño de la propia galaxia), pero que produce más emisión que toda ésta junta.
Por suerte, la mayoría de los agujeros negros están «dormidos», como el de nuestra galaxia, debido a que en sus cercanías ya no hay material cayendo y por lo tanto no se producen estos eventos (afortunadamente para nosotros).
Radio galaxia donde vemos el jet de radio en rojo y la imagen en visible en azul
(los colores son artificiales para distinguir cada una de las imágenes). Cortesía de la NASA.
Referencias:
- Galería con imágenes e información de algunos cuásars y AGN. (en inglés)
- Los Núcleos Galácticos Activos, presentación de Javier Bussons.
- Núcleo Galáctico Activo, Wikipedia.
Entrada escrita para el VI Carnaval de la Física, hospedado este mes en el blog Noticias del Cosmos.
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