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Para otras aplicaciones, vea Quasar (desambiguación).Impresión artística del cuásar GB1508.

UNA quásar (contracción de Fuente de radio QUASi-stellAR) es un núcleo activo extremadamente brillante y distante de una galaxia joven. Los quásares se identificaron por primera vez como fuentes de energía electromagnética de alto desplazamiento al rojo, incluidas las ondas de radio y la luz visible. Son puntuales, similares a las estrellas, en lugar de fuentes de luz extendidas, como las galaxias. Aunque hubo cierta controversia inicial sobre la naturaleza de estos objetos, el consenso científico actual es que un cuásar es un halo compacto de materia que rodea el agujero negro supermasivo central de una galaxia joven.

Visión general

Los quásares muestran un desplazamiento al rojo muy alto, lo que indica que los quásares y la Tierra se están alejando rápidamente unos de otros, como parte del proceso de expansión del universo. Cuando se combina con la ley de Hubble, la implicación es que los cuásares son muy distantes. Para ser observable a esa distancia, la producción de energía de los cuásares debe eclipsar la de casi todos los fenómenos astrofísicos conocidos en una galaxia, a excepción de eventos comparativamente de corta duración como supernovas y explosiones de rayos gamma. Los cuásares pueden liberar fácilmente energía en niveles iguales a la producción de cientos de galaxias promedio combinadas. La salida de luz es equivalente a un billón de soles.

En los telescopios ópticos, los cuásares parecen puntos únicos de luz (es decir, fuente puntual) aunque muchos han identificado sus "galaxias anfitrionas". Las galaxias mismas son a menudo demasiado oscuras para ser vistas con todos los telescopios, excepto los más grandes. La mayoría de los cuásares no se pueden ver con telescopios pequeños, pero 3C 273, con una magnitud aparente promedio de 12,9, es una excepción. A una distancia de 2,44 billones de años luz, es uno de los objetos más distantes directamente observables con equipos de aficionados.

Algunos cuásares muestran cambios rápidos en la luminosidad, lo que implica que son pequeños (un objeto no puede cambiar más rápido que el tiempo que tarda la luz en viajar de un extremo a otro; pero vea el cuásar J1819 + 3845 para otra explicación). El desplazamiento al rojo más alto conocido actualmente para un cuásar es 6.4.1

Se cree que los cuásares son impulsados ​​por la acumulación de material en agujeros negros supermasivos en los núcleos de galaxias distantes, lo que hace que estas versiones luminosas de la clase general de objetos se conozcan como galaxias activas. Ningún otro mecanismo conocido actualmente parece ser capaz de explicar la gran producción de energía y la rápida variabilidad.

El conocimiento de los cuásares avanza rápidamente. Tan recientemente como en la década de 1980, no había un consenso claro sobre su origen.

Historia de la observación del cuásar

Los primeros cuásares se descubrieron con radiotelescopios a fines de la década de 1950. Muchos fueron grabados como fuentes de radio sin ningún objeto visible correspondiente. Utilizando pequeños telescopios y el telescopio Lovell como interferómetro, se demostró que tenían un tamaño angular muy pequeño.2 Cientos de estos objetos se registraron en 1960 y se publicaron en el Tercer Catálogo de Cambridge mientras los astrónomos exploraban los cielos en busca de sus contrapartes ópticas. En 1960, la fuente de radio 3C 48 fue finalmente atada a un objeto óptico. Los astrónomos detectaron lo que parecía ser una tenue estrella azul en la ubicación de la fuente de radio y obtuvieron su espectro. Al contener muchas líneas de emisión amplias desconocidas, el espectro anómalo desafió la interpretación: una afirmación de John Bolton de un gran desplazamiento al rojo no fue generalmente aceptado.

En 1962, se logró un gran avance. Se predijo que otra fuente de radio, 3C 273, sufriría cinco ocultaciones por la luna. Las mediciones tomadas por Cyril Hazard y John Bolton durante una de las ocultaciones usando el Radio Telescopio Parkes permitieron a Maarten Schmidt identificar ópticamente el objeto y obtener un espectro óptico usando el Telescopio Hale de 200 pulgadas en el Monte Palomar. Este espectro reveló las mismas líneas de emisión extrañas. Schmidt se dio cuenta de que estas eran en realidad líneas espectrales de hidrógeno desplazadas al rojo a una tasa del 15.8 por ciento. Este descubrimiento mostró que 3C 273 retrocedía a una velocidad de 47,000 km / s.3 Este descubrimiento revolucionó la observación del cuásar y permitió a otros astrónomos encontrar desplazamientos al rojo de las líneas de emisión de otras fuentes de radio. Como predijo anteriormente Bolton, se encontró que 3C 48 tenía un desplazamiento al rojo del 37 por ciento de la velocidad de la luz.

El termino quásar fue acuñado por el astrofísico estadounidense nacido en China Hong-Yee Chiu en 1964, en Física hoy, para describir estos objetos desconcertantes:

Hasta ahora, el nombre torpemente largo "fuentes de radio cuasi estelares" se utiliza para describir estos objetos. Debido a que la naturaleza de estos objetos es completamente desconocida, es difícil preparar una nomenclatura corta y apropiada para ellos, de modo que sus propiedades esenciales sean obvias por su nombre. Por conveniencia, la forma abreviada "cuasar" se utilizará a lo largo de este documento.

Más tarde, se descubrió que no todos los cuásares (en realidad solo el 10 por ciento más o menos) tienen una fuerte emisión de radio (o son "radio ruidosos"). Por lo tanto, el nombre "QSO" (objeto cuasi-estelar) se usa (además del cuásar) para referirse a estos objetos, incluidas las clases de radio alto y bajo silencio.

Un gran tema de debate durante la década de 1960 fue si los quásares eran objetos cercanos u objetos distantes, como lo implica su desplazamiento al rojo. Se sugirió, por ejemplo, que el desplazamiento al rojo de los cuásares no se debió a la expansión del espacio, sino a la luz que escapa de un pozo gravitacional profundo. Sin embargo, una estrella de masa suficiente para formar un pozo así sería inestable y excedería el límite de Hayashi.4 Los cuásares también muestran líneas de emisión espectral inusuales que anteriormente solo se veían en nebulosas gaseosas calientes de baja densidad, que serían demasiado difusas para generar la potencia observada y encajar dentro de un pozo gravitacional profundo.5 También hubo serias preocupaciones con respecto a la idea de cuásares cosmológicamente distantes. Un fuerte argumento en contra de ellos fue que implicaban energías que excedían con creces los procesos de conversión de energía conocidos, incluida la fusión nuclear. En este momento, hubo algunas sugerencias de que los cuásares se hicieron de alguna forma hasta ahora desconocida de antimateria estable, y que esto podría explicar su brillo. Otros especularon que los cuásares eran un agujero blanco al final de un agujero de gusano. Sin embargo, cuando los mecanismos de producción de energía del disco de acreción se modelaron con éxito en la década de 1970, el argumento de que los cuásares eran demasiado luminosos se convirtió en discutible y hoy la distancia cosmológica de los cuásares es aceptada por casi todos los investigadores.

En 1979, el efecto de lente gravitacional predicho por la Teoría general de la relatividad de Einstein se confirmó por primera vez por observación con imágenes del doble cuásar 0957 + 561.6

En la década de 1980, se desarrollaron modelos unificados en los que los cuásares se clasificaron como un tipo particular de galaxia activa, y surgió un consenso general de que en muchos casos es simplemente el ángulo de visión lo que los distingue de otras clases, como los blazars y las radiogalaxias. La enorme luminosidad de los cuásares resulta de los discos de acreción de los agujeros negros supermasivos centrales, que pueden convertirse en el orden del 10 por ciento de la masa de un objeto en energía, en comparación con el 0,7 por ciento del proceso de fusión nuclear de la cadena pp que domina la energía. producción en estrellas parecidas al sol.

Este mecanismo también explica por qué los cuásares eran más comunes en el universo temprano, ya que esta producción de energía termina cuando el agujero negro supermasivo consume todo el gas y el polvo cerca de él. Esto significa que es posible que la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea nativa de la Tierra, hayan pasado por una etapa activa (que aparece como un cuásar o alguna otra clase de galaxia activa dependiendo de la masa del agujero negro y la tasa de acreción) y ahora están inactivas porque carecen de un suministro de materia para alimentar a sus agujeros negros centrales para generar radiación.

Propiedades de los cuásares.

Se conocen más de 100,000 cuásares. Todos los espectros observados han mostrado desplazamientos al rojo considerables, que van desde 0.06 hasta el máximo reciente de 6.4. Por lo tanto, todos los cuásares conocidos se encuentran a grandes distancias de la Tierra, el más cercano a 240 Mpc (780 millones de ly) de distancia y el más alejado a 4 Gpc (13 billones de ly) de distancia. Se sabe que la mayoría de los cuásares se encuentran por encima de 1.0 Gpc en distancia; Dado que la luz tarda tanto tiempo en cubrir estas grandes distancias, los observadores en la Tierra están viendo cuásares como existieron hace mucho tiempo: el universo como era en el pasado distante.

Aunque débil cuando se ve ópticamente, su alto desplazamiento al rojo implica que estos objetos se encuentran a una gran distancia de la tierra, convirtiendo a los quásares en los objetos más luminosos del universo conocido. El cuásar que aparece más brillante en nuestro cielo es el ultraluminoso 3C 273 en la constelación de Virgo. Tiene una magnitud aparente promedio de 12.8 (lo suficientemente brillante como para verse a través de un pequeño telescopio), pero tiene una magnitud absoluta de −26.7. Entonces, desde una distancia de 10 parsecs (aproximadamente 33 años luz), este objeto brillaría en el cielo tan brillante como el Sol. La luminosidad de este cuásar es, por lo tanto, de aproximadamente 2 billones (2 × 1012) veces la del Sol, o aproximadamente 100 veces la de la luz total de las galaxias gigantes promedio como la Vía Láctea.

El quásar hiperluminoso APM 08279 + 5255 recibió, cuando se descubrió en 1998, una magnitud absoluta de −32,2, aunque las imágenes de alta resolución con el telescopio espacial Hubble y el telescopio Keck de 10 m revelaron que este sistema tiene lentes gravitacionales. Un estudio de la lente gravitacional en este sistema sugiere que se ha magnificado por un factor de ~ 10. Todavía es sustancialmente más luminosa que los quásares cercanos, como el 3C 273. Se creía que HS 1946 + 7658 tenía una magnitud absoluta de −30,3, pero esto también fue ampliado por el efecto de lente gravitacional.

Los cuásares varían en luminosidad en una variedad de escalas de tiempo. Algunos varían en brillo cada pocos meses, semanas, días u horas. Esta evidencia ha permitido a los científicos teorizar que los cuásares generan y emiten su energía desde una región muy pequeña, ya que cada parte del cuásar tendría que estar en contacto con otras partes en una escala de tiempo para coordinar las variaciones de luminosidad. Como tal, un cuásar que varía en la escala de tiempo de unas pocas semanas no puede ser mayor que unas pocas semanas luz de ancho.

Los cuásares exhiben muchas de las mismas propiedades que las galaxias activas: la radiación no es térmica y se observa que algunos tienen chorros y lóbulos como los de las radiogalaxias. Los cuásares se pueden observar en muchas partes del espectro electromagnético, incluyendo radio, infrarrojo, óptico, ultravioleta, rayos X e incluso rayos gamma. La mayoría de los quásares son más brillantes en su marco de descanso, casi ultravioleta (cerca de la línea de emisión de hidrógeno Lyman-alfa de 1216 angstrom (121,6 nm)), pero debido a los tremendos desplazamientos al rojo de estas fuentes, se ha observado que la luminosidad máxima ha llegado hasta el rojo como 9000 angstroms (900 nm o 0.9 µm), en el infrarrojo cercano.

Cuásares de hierro muestran fuertes líneas de emisión resultantes del hierro ionizado, como IRAS 18508-7815.

Generación de emisiones cuasar

Esta vista, tomada con luz infrarroja, es una imagen de color falso de un tándem de quasar-starburst con el starburst más luminoso jamás visto en tal combinación. El quasar-starburst fue encontrado por un equipo de investigadores de seis instituciones.

Dado que los quásares exhiben propiedades comunes a todas las galaxias activas, las emisiones de los quásares se pueden comparar fácilmente con las de las pequeñas galaxias activas alimentadas por agujeros negros supermasivos. Para crear una luminosidad de 1040 W (el brillo típico de un cuásar), un agujero negro supermasivo tendría que consumir el material equivalente a 10 estrellas por año. Los cuásares más brillantes conocidos devoran 1000 masas solares de material cada año. Los quásares se encienden y apagan dependiendo de su entorno, y dado que los quásares no pueden continuar alimentándose a altas velocidades durante 10 mil millones de años, después de que un cuásar termina de acumular gas y polvo circundantes, se convierte en una galaxia ordinaria.

Los cuásares también brindan algunas pistas sobre el final de la reionización del Big Bang. Los cuásares más antiguos (z> 4) muestran un comedero Gunn-Peterson y tienen regiones de absorción frente a ellos que indican que el medio intergaláctico en ese momento era gas neutro. Los cuásares más recientes no muestran una región de absorción, sino que sus espectros contienen un área puntiaguda conocida como el bosque Lyman-alpha. Esto indica que el medio intergaláctico se ha sometido a reionización en plasma y que el gas neutro solo existe en pequeñas nubes.

Otra característica interesante de los cuásares es que muestran evidencia de elementos más pesados ​​que el helio, lo que indica que las galaxias experimentaron una fase masiva de formación estelar, creando estrellas de población III entre el momento del Big Bang y los primeros cuásares observados. La luz de estas estrellas puede haberse observado en 2005, utilizando el telescopio espacial Spitzer de la NASA, aunque esta observación aún no se ha confirmado.

Notas

  1. ^ Sloan Digital Sky Survey, tres cuásares distantes encontrados en el borde del universo. Consultado el 28 de septiembre de 2007.
  2. ^ Observatorio del Banco Jodrell, El MKI y el descubrimiento de los cuásares. Consultado el 28 de septiembre de 2007.
  3. ^ Maarten Schmidt, 3C 273: un objeto parecido a una estrella con gran desplazamiento al rojo ". Naturaleza. 197: 1040. Consultado el 28 de septiembre de 2007.
  4. ↑ S. Chandrasekhar, La inestabilidad dinámica de las masas gaseosas que se acercan al límite de Schwarzschild en la relatividad general, Revista Astrofísica, 140:2:417-433.
  5. ^ J. Greenstein y M. Schmidt, 1964, Las fuentes de radio cuasi estelares 3C 48 y 3C, Revista Astrofísica, 140:1:1-34.
  6. ^ Universidad de Alabama, El doble QSO 0957 + 561. Consultado el 28 de septiembre de 2007.

Referencias

  • Kembhavi, Ajit K. y Jayant V. Narlikar. 1999 Los cuásares y los núcleos galácticos activos: una introducción. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521479894
  • Kidger, Mark. 2007 Enigmas cosmológicos: púlsares, quásares y otras preguntas del espacio profundo. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. ISBN 0801884608
  • Melia, Fulvio. 2003. The Edge of Infinity. Agujeros negros supermasivos en el universo. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81405-8
  • UCSD, Discovery by UCSD Astrónomos plantea un rompecabezas cósmico: ¿puede un cuásar 'distante' estar dentro de una galaxia cercana? Consultado el 28 de septiembre de 2007.

Enlaces externos

Todos los enlaces recuperados el 17 de junio de 2019.

  • El quásar 3C 273.
  • SDSS
  • La investigación arroja nueva luz sobre los cuásares. SpaceDaily.

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