Un quásar ( / ˈ k w eɪ z ɑːr / KWAY -zar ) es un núcleo galáctico activo (AGN) extremadamente luminoso . A veces se le conoce como objeto cuasi estelar , abreviado QSO . La emisión de un AGN es impulsada por un agujero negro supermasivo con una masa que oscila entre millones y decenas de miles de millones de masas solares , rodeado por un disco de acreción gaseoso . El gas del disco que cae hacia el agujero negro se calienta y libera energía en forma de radiación electromagnética . La energía radiante de los quásares es enorme; los quásares más potentes tienen luminosidades miles de veces mayores que la de una galaxia como la Vía Láctea . [2] [3] Los cuásares generalmente se clasifican como una subclase de la categoría más general de AGN. Los corrimientos al rojo de los quásares son de origen cosmológico . [4]
El término cuásar se originó como una contracción de "fuente de radio cuasi estelar [similar a una estrella] ", porque fueron identificadas por primera vez durante la década de 1950 como fuentes de emisión de ondas de radio de origen físico desconocido, y cuando se identificaron en imágenes fotográficas en longitudes de onda visibles. , parecían puntos de luz tenues, parecidos a estrellas. Las imágenes de alta resolución de los quásares, particularmente del Telescopio Espacial Hubble , han demostrado que los quásares se encuentran en los centros de las galaxias y que algunas galaxias anfitrionas interactúan fuertemente o se fusionan . [5] Al igual que con otras categorías de AGN, las propiedades observadas de un cuásar dependen de muchos factores, incluida la masa del agujero negro, la tasa de acreción de gas, la orientación del disco de acreción en relación con el observador, la presencia o ausencia de un chorro y el grado de oscurecimiento por gas y polvo dentro de la galaxia anfitriona.
Se han identificado alrededor de un millón de cuásares con corrimientos al rojo espectroscópicos confiables , [6] y entre 2 y 3 millones identificados en catálogos fotométricos . [7] [8] El cuásar más cercano conocido está a unos 600 millones de años luz de la Tierra. El récord del quásar más distante conocido sigue cambiando. En 2017, se detectó el cuásar ULAS J1342+0928 con un corrimiento al rojo z = 7,54. La luz observada desde este quásar de 800 millones de masa solar fue emitida cuando el universo tenía sólo 690 millones de años. [9] [10] [11] En 2020, el cuásar Pōniuāʻena fue detectado apenas 700 millones de años después del Big Bang , y con una masa estimada de 1.500 millones de veces la masa del Sol. [12] [13] A principios de 2021, se informó que el cuásar QSO J0313–1806 , con un agujero negro de 1.600 millones de masa solar, se encontraba en z = 7,64, 670 millones de años después del Big Bang. [14]
Los estudios sobre el descubrimiento de cuásares han demostrado que la actividad de los cuásares era más común en el pasado lejano; la época pico fue hace aproximadamente 10 mil millones de años. [15] Las concentraciones de múltiples cuásares se conocen como grandes grupos de cuásares y pueden constituir algunas de las estructuras más grandes conocidas en el universo si los grupos observados son buenos trazadores de la distribución de masa.
El término cuásar se utilizó por primera vez en un artículo del astrofísico Hong-Yee Chiu en mayo de 1964, en Physics Today , para describir ciertos objetos astronómicamente desconcertantes: [16]
Hasta ahora se utiliza el nombre torpemente largo de "fuentes de radio cuasi estelares" para describir estos objetos. Como se desconoce por completo la naturaleza de estos objetos, es difícil preparar una nomenclatura breve y apropiada para ellos de modo que sus propiedades esenciales resulten obvias a partir de su nombre. Por conveniencia, a lo largo de este artículo se utilizará la forma abreviada "cuásar".
Entre 1917 y 1922, a partir del trabajo de Heber Curtis , Ernst Öpik y otros, quedó claro que algunos objetos (" nebulosas ") vistos por los astrónomos eran en realidad galaxias distantes como la Vía Láctea. Pero cuando comenzó la radioastronomía en la década de 1950, los astrónomos detectaron, entre las galaxias, un pequeño número de objetos anómalos con propiedades que desafiaban toda explicación.
Los objetos emitieron grandes cantidades de radiación de muchas frecuencias, pero no se pudo localizar ópticamente ninguna fuente o, en algunos casos, sólo un objeto débil y puntiagudo, parecido a una estrella distante . Las líneas espectrales de estos objetos, que identifican los elementos químicos que los componen, también eran extremadamente extrañas y desafiaban toda explicación. Algunos de ellos cambiaron su luminosidad muy rápidamente en el rango óptico e incluso más rápidamente en el rango de rayos X, lo que sugiere un límite superior en su tamaño, tal vez no mayor que el Sistema Solar . [17] Esto implica una densidad de potencia extremadamente alta . [18] Se llevó a cabo una discusión considerable sobre cuáles podrían ser estos objetos. Fueron descritos como " fuentes de radio cuasi estelares [es decir, similares a estrellas] " u "objetos cuasi estelares" (QSO), un nombre que reflejaba su naturaleza desconocida, y que se redujo a "quásar".
Los primeros quásares ( 3C 48 y 3C 273 ) fueron descubiertos a finales de la década de 1950, como fuentes de radio en estudios de radio de todo el cielo. [19] [20] [21] [22] Primero fueron observados 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. [23] En 1960, cientos de estos objetos habían sido registrados y publicados en el Tercer Catálogo de Cambridge mientras los astrónomos escaneaban los cielos en busca de sus contrapartes ópticas. En 1963, Allan Sandage y Thomas A. Matthews publicaron una identificación definitiva de la fuente de radio 3C 48 con un objeto óptico . Los astrónomos detectaron lo que parecía ser una estrella azul tenue en el lugar de la fuente de radio y obtuvieron su espectro, que contenía muchas líneas de emisión anchas desconocidas. El espectro anómalo desafió la interpretación.
El astrónomo británico-australiano John Bolton realizó muchas de las primeras observaciones de los quásares, incluido un gran avance en 1962. Se predijo que otra fuente de radio, 3C 273 , sufriría cinco ocultaciones en la Luna . Las mediciones tomadas por Cyril Hazard y John Bolton durante una de las ocultaciones utilizando el radiotelescopio Parkes permitieron a Maarten Schmidt encontrar una contraparte visible de la fuente de radio y obtener un espectro óptico utilizando el telescopio Hale de 200 pulgadas (5,1 m) en el Monte Palomar . Este espectro reveló las mismas extrañas líneas de emisión. Schmidt pudo demostrar que probablemente se trataba de líneas espectrales ordinarias de hidrógeno desplazadas al rojo un 15,8%, lo que en ese momento era un alto corrimiento al rojo (con sólo un puñado de galaxias mucho más débiles conocidas con un mayor corrimiento al rojo). Si esto se debía al movimiento físico de la "estrella", entonces 3C 273 estaba retrocediendo a una velocidad enorme, alrededor de47.000 km/s , muy por encima de la velocidad de cualquier estrella conocida y desafiando cualquier explicación obvia. [24] Una velocidad extrema tampoco ayudaría a explicar las enormes emisiones de radio de 3C 273. Si el corrimiento al rojo era cosmológico (ahora se sabe que es correcto), la gran distancia implicaba que 3C 273 era mucho más luminosa que cualquier galaxia, pero mucho más compacta. Además, 3C 273 era lo suficientemente brillante como para detectarlo en fotografías de archivo que datan del siglo XX; Se descubrió que era variable en escalas de tiempo anuales, lo que implica que una fracción sustancial de la luz fue emitida desde una región de menos de 1 año luz de tamaño, pequeña en comparación con una galaxia.
Aunque planteó muchas preguntas, el descubrimiento de Schmidt revolucionó rápidamente la observación de los cuásares. Schmidt, Greenstein y Oke identificaron rápidamente el extraño espectro del 3C 48 como hidrógeno y magnesio desplazados al rojo en un 37%. Poco después, dos espectros más de cuásares en 1964 y cinco más en 1965 también fueron confirmados como luz ordinaria que había sido desplazada al rojo en un grado extremo. [25] Si bien no se dudaron de las observaciones y los corrimientos al rojo en sí, su interpretación correcta fue muy debatida, y la sugerencia de Bolton de que la radiación detectada de los cuásares eran líneas espectrales ordinarias de fuentes distantes altamente corridas al rojo con velocidad extrema no fue ampliamente aceptada en ese momento.
Un corrimiento al rojo extremo podría implicar una gran distancia y velocidad, pero también podría deberse a una masa extrema o quizás a otras leyes desconocidas de la naturaleza. La velocidad y la distancia extremas también implicarían una inmensa producción de energía, lo cual carecía de explicación. Los pequeños tamaños fueron confirmados por interferometría y por la observación de la velocidad con la que el quásar en su conjunto variaba en su producción, y por su incapacidad de ser vistos incluso en los telescopios de luz visible más potentes como algo más que débiles puntos de luz parecidos a estrellas. Pero si fueran pequeños y estuvieran muy lejos en el espacio, su producción de energía tendría que ser inmensa y difícil de explicar. Del mismo modo, si fueran muy pequeños y estuvieran mucho más cerca de esta galaxia, sería fácil explicar su aparente producción de energía, pero menos fácil explicar sus desplazamientos al rojo y la falta de movimiento detectable en el contexto del universo.
Schmidt señaló que el corrimiento al rojo también está asociado con la expansión del universo, según lo codifica la ley de Hubble . Si el corrimiento al rojo medido se debió a la expansión, entonces esto respaldaría una interpretación de objetos muy distantes con una luminosidad y potencia extraordinariamente altas, mucho más allá de cualquier objeto visto hasta la fecha. Esta extrema luminosidad también explicaría la gran señal de radio. Schmidt concluyó que 3C 273 podría ser una estrella individual de unos 10 km de ancho dentro (o cerca de) esta galaxia, o un núcleo galáctico activo distante. Afirmó que un objeto distante y extremadamente poderoso parecía más probable que fuera correcto. [26]
La explicación de Schmidt para el alto corrimiento al rojo no fue ampliamente aceptada en ese momento. Una preocupación importante era la enorme cantidad de energía que estos objetos tendrían que irradiar si estuvieran distantes. En la década de 1960 ningún mecanismo comúnmente aceptado podía dar cuenta de esto. La explicación actualmente aceptada, que se debe a que la materia de un disco de acreción cae en un agujero negro supermasivo , no fue sugerida hasta 1964 por Edwin E. Salpeter y Yakov Zeldovich , [27] e incluso entonces fue rechazada por muchos astrónomos, ya que En ese momento, la existencia de agujeros negros se consideraba ampliamente teórica.
Durante las décadas de 1960 y 1970 se propusieron varias explicaciones, cada una con sus propios problemas. Se sugirió que los quásares eran objetos cercanos y que su corrimiento al rojo no se debía a la expansión del espacio sino a la luz que escapaba de un profundo pozo gravitacional . Para ello se necesitaría un objeto masivo, lo que también explicaría las altas luminosidades. Sin embargo, una estrella con masa suficiente para producir el corrimiento al rojo medido sería inestable y excedería el límite de Hayashi . [28] Los cuásares también muestran líneas de emisión espectral prohibidas , que anteriormente solo se veían en nebulosas gaseosas calientes de baja densidad, que serían demasiado difusas para generar la energía observada y encajar dentro de un pozo gravitacional profundo. [29] 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 . Hubo sugerencias de que los quásares estaban hechos de alguna forma estable de antimateria hasta ahora desconocida en tipos de regiones del espacio igualmente desconocidos, y que esto podría explicar su brillo. [30] Otros especularon que los quásares eran un agujero blanco al final de un agujero de gusano , [31] [32] o una reacción en cadena de numerosas supernovas . [33]
Finalmente, a partir de la década de 1970, muchas líneas de evidencia (incluidos los primeros observatorios espaciales de rayos X , el conocimiento de los agujeros negros y los modelos modernos de cosmología ) demostraron gradualmente que los corrimientos al rojo de los cuásares son genuinos y que se deben a la expansión del espacio . son, de hecho, tan poderosos y distantes como habían sugerido Schmidt y algunos otros astrónomos, y que su fuente de energía es la materia de un disco de acreción que cae sobre un agujero negro supermasivo. [34] Esto incluyó evidencia crucial de la observación óptica y de rayos X de galaxias anfitrionas de quásares, el hallazgo de líneas de absorción "intermedias", que explicaban varias anomalías espectrales, observaciones de lentes gravitacionales , el hallazgo de Gunn de 1971 de que las galaxias que contienen quásares mostraban lo mismo corrimiento al rojo como los quásares, [35] y el hallazgo de Kristian en 1973 de que el entorno "borroso" de muchos quásares era consistente con una galaxia anfitriona menos luminosa. [36]
Este modelo también encaja bien con otras observaciones que sugieren que muchas o incluso la mayoría de las galaxias tienen un agujero negro central masivo. También explicaría por qué los quásares son más comunes en el universo primitivo: a medida que un quásar extrae materia de su disco de acreción, llega un punto en el que hay menos materia cerca y la producción de energía cae o cesa, a medida que el quásar se convierte en un objeto más ordinario. tipo de galaxia.
El mecanismo de producción de energía del disco de acreción fue finalmente modelado en la década de 1970, y también se detectaron directamente agujeros negros (incluidas pruebas que demuestran que se podían encontrar agujeros negros supermasivos en los centros de ésta y muchas otras galaxias), lo que resolvió la preocupación de que los quásares eran demasiado luminosos para ser el resultado de objetos muy distantes o que no se podía confirmar la existencia de un mecanismo adecuado en la naturaleza. En 1987 estaba "bien aceptado" que ésta era la explicación correcta para los quásares, [37] y casi todos los investigadores aceptaron la distancia cosmológica y la producción de energía de los quásares.
Posteriormente se descubrió que no todos los quásares tienen una fuerte emisión de radio; de hecho, sólo alrededor del 10% tienen un alto volumen de radio. De ahí que se utilice el nombre "QSO" (objeto cuasi estelar) (además de "cuásar") para referirse a estos objetos, categorizados además en las clases "radioruidosas" y "radio silenciosas". El descubrimiento del cuásar tuvo grandes implicaciones para el campo de la astronomía en la década de 1960, incluido el acercamiento de la física y la astronomía. [39]
En 1979, el efecto de lente gravitacional predicho por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein fue confirmado observacionalmente por primera vez con imágenes del doble cuásar 0957+561. [40]
Un estudio publicado en febrero de 2021 demostró que hay más cuásares en una dirección (hacia Hydra ) que en la dirección opuesta, lo que aparentemente indica que la Tierra se está moviendo en esa dirección. Pero la dirección de este dipolo está a unos 28° de la dirección del movimiento de la Tierra en relación con la radiación cósmica de fondo de microondas . [41]
En marzo de 2021, una colaboración de científicos relacionados con el Event Horizon Telescope presentó, por primera vez, una imagen polarizada de un agujero negro , específicamente el agujero negro en el centro de Messier 87 , una galaxia elíptica de aproximadamente 55 millones de años. a años luz de distancia en la constelación de Virgo , revelando las fuerzas que dan lugar a los quásares. [42]
Ahora se sabe que los quásares son objetos distantes pero extremadamente luminosos, por lo que cualquier luz que llegue a la Tierra sufre un desplazamiento al rojo debido a la expansión del universo . [43]
Los cuásares habitan en los centros de galaxias activas y se encuentran entre los objetos más luminosos, poderosos y energéticos conocidos en el universo, emitiendo hasta mil veces la energía de la Vía Láctea , que contiene entre 200 y 400 mil millones de estrellas. Esta radiación se emite en todo el espectro electromagnético de manera casi uniforme, desde los rayos X hasta el infrarrojo lejano con un pico en las bandas ópticas ultravioleta, siendo algunos quásares también fuertes fuentes de emisión de radio y de rayos gamma. Gracias a las imágenes de alta resolución obtenidas por telescopios terrestres y el telescopio espacial Hubble , en algunos casos se han podido detectar las "galaxias anfitrionas" que rodean a los quásares. [44] Estas galaxias normalmente son demasiado tenues para ser vistas contra el resplandor del quásar, excepto con técnicas especiales. La mayoría de los quásares, a excepción del 3C 273 , cuya magnitud aparente promedio es 12,9, no pueden verse con telescopios pequeños.
Se cree (y en muchos casos se confirma) que los cuásares funcionan gracias a la acreción de material en agujeros negros supermasivos en los núcleos de galaxias distantes, como sugirieron en 1964 Edwin Salpeter y Yakov Zeldovich . [19] La luz y otras radiaciones no pueden escapar del interior del horizonte de sucesos de un agujero negro. La energía producida por un cuásar se genera fuera del agujero negro, mediante tensiones gravitacionales y una inmensa fricción dentro del material más cercano al agujero negro, a medida que orbita y cae hacia adentro. [37] La enorme luminosidad de los quásares resulta de los discos de acreción de los agujeros negros supermasivos centrales, que pueden convertir entre el 5,7% y el 32% de la masa de un objeto en energía , [45] en comparación con sólo el 0,7% del p–p. Proceso de fusión nuclear en cadena que domina la producción de energía en estrellas similares al Sol. Se han medido masas centrales de 10 5 a 10 9 masas solares en cuásares utilizando mapas de reverberación . Se confirma que varias docenas de grandes galaxias cercanas, incluida la Vía Láctea , que no tienen un centro activo y no muestran ninguna actividad similar a la de un cuásar, contienen un agujero negro supermasivo similar en sus núcleos (centro galáctico) . Por lo tanto, ahora se piensa que todas las galaxias grandes tienen un agujero negro de este tipo, pero sólo una pequeña fracción tiene suficiente materia en el tipo correcto de órbita en su centro para volverse activa y alimentar la radiación de tal manera que puedan verse como quásares. . [46]
Esto también explica por qué los quásares eran más comunes en el universo primitivo, ya que esta producción de energía termina cuando el agujero negro supermasivo consume todo el gas y el polvo que hay cerca de él. Esto significa que es posible que la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea, hayan pasado por una etapa activa, apareciendo como un cuásar o alguna otra clase de galaxia activa que dependía de la masa del agujero negro y la tasa de acreción, y ahora están inactivas. porque carecen de un suministro de materia para alimentar sus agujeros negros centrales y generar radiación. [46]
Es poco probable que la materia que se acumula en el agujero negro caiga directamente, pero tendrá cierto momento angular alrededor del agujero negro, lo que hará que la materia se acumule en un disco de acreción . Los quásares también pueden encenderse o volverse a encender cuando las galaxias normales se fusionan y el agujero negro recibe una nueva fuente de materia. [48] De hecho, se ha sugerido que podría formarse un cuásar cuando la galaxia de Andrómeda colisione con la Vía Láctea en aproximadamente 3 a 5 mil millones de años. [37] [49] [50] [51]
En la década de 1980, se desarrollaron modelos unificados en los que los quásares se clasificaban como un tipo particular de galaxia activa , y surgió un consenso de que en muchos casos es simplemente el ángulo de visión lo que los distingue de otras galaxias activas, como los blazares y las radiogalaxias . [52]
El quásar con mayor corrimiento al rojo conocido (a diciembre de 2017 [update]) fue ULAS J1342+0928 , con un corrimiento al rojo de 7,54, [53] que corresponde a una distancia comoving de aproximadamente 29,36 mil millones de años luz de la Tierra (estas distancias son mucho mayores que las distancia que la luz podría viajar en los 13,8 mil millones de años de historia del universo porque el universo se está expandiendo).
Ahora se sabe que muchos quásares son provocados por colisiones de galaxias, lo que impulsa la masa de las galaxias hacia agujeros negros supermasivos en sus centros.
Más queSe han encontrado 900.000 cuásares (a julio de 2023), [6] la mayoría del Sloan Digital Sky Survey . Todos los espectros de cuásar observados tienen corrimientos al rojo entre 0,056 y 7,64 (a partir de 2021), lo que significa que oscilan entre 600 millones y 30 mil millones de años luz de la Tierra . Debido a las grandes distancias a los quásares más lejanos y a la velocidad finita de la luz, ellos y el espacio que los rodea aparecen tal como existían en el universo primitivo.
El poder de los quásares se origina en los agujeros negros supermasivos que se cree que existen en el núcleo de la mayoría de las galaxias. Los desplazamientos Doppler de las estrellas cercanas a los núcleos de las galaxias indican que giran alrededor de enormes masas con gradientes de gravedad muy pronunciados, lo que sugiere agujeros negros.
Aunque los quásares parecen débiles cuando se ven desde la Tierra, son visibles desde distancias extremas, siendo los objetos más luminosos del universo conocido. El quásar más brillante del cielo es el 3C 273 en la constelación de Virgo . Tiene una magnitud aparente promedio de 12,8 (lo suficientemente brillante como para ser visto a través de un telescopio de aficionado de tamaño mediano ), pero tiene una magnitud absoluta de −26,7. [55] Desde una distancia de unos 33 años luz, este objeto brillaría en el cielo tan intensamente como el Sol . La luminosidad de este cuásar es, por tanto, de unos 4 billones (4 × 1012 ) veces la del Sol, o unas 100 veces la de la luz total de galaxias gigantes como la Vía Láctea . [55] Esto supone que el cuásar irradia energía en todas direcciones, pero se cree que el núcleo galáctico activo irradia preferentemente en la dirección de su chorro. En un universo que contiene cientos de miles de millones de galaxias, la mayoría de las cuales tenían núcleos activos hace miles de millones de años pero que sólo se ven hoy, es estadísticamente seguro que miles de chorros de energía deberían apuntar hacia la Tierra, algunos más directamente que otros. En muchos casos es probable que cuanto más brillante sea el quásar, más directamente apunte su chorro a la Tierra. Estos cuásares se denominan blazares .
Al cuásar hiperluminoso APM 08279+5255 se le asignó, cuando se descubrió en 1998, una magnitud absoluta de −32,2. Las imágenes de alta resolución tomadas por el telescopio espacial Hubble y el telescopio Keck de 10 m revelaron que este sistema tiene lentes gravitacionales . Un estudio de las lentes gravitacionales de este sistema sugiere que la luz emitida ha sido magnificada en un factor de ~10. Sigue siendo sustancialmente más luminoso que los quásares cercanos como el 3C 273.
Los cuásares eran mucho más comunes en el universo primitivo que en la actualidad. Este descubrimiento de Maarten Schmidt en 1967 fue una de las primeras pruebas sólidas en contra de la cosmología del estado estacionario y a favor de la cosmología del Big Bang . Los cuásares muestran los lugares donde los agujeros negros supermasivos crecen rápidamente (por acreción ). Las simulaciones detalladas informadas en 2021 mostraron que las estructuras de las galaxias, como los brazos espirales, utilizan fuerzas gravitacionales para "frenar" el gas que, de otro modo, orbitaría los centros de las galaxias para siempre; en cambio, el mecanismo de frenado permitió que el gas cayera en los agujeros negros supermasivos, liberando enormes energías radiantes. [56] [57] Estos agujeros negros coevolucionan con la masa de las estrellas en su galaxia anfitriona de una manera que no se comprende completamente en la actualidad. Una idea es que los chorros, la radiación y los vientos creados por los quásares impiden la formación de nuevas estrellas en la galaxia anfitriona, un proceso llamado "retroalimentación". Se sabe que los chorros que producen fuertes emisiones de radio en algunos quásares en el centro de cúmulos de galaxias tienen potencia suficiente para evitar que el gas caliente de esos cúmulos se enfríe y caiga sobre la galaxia central.
Las luminosidades de los cuásares son variables, con escalas de tiempo que van desde meses hasta horas. Esto significa que los quásares generan y emiten su energía desde una región muy pequeña, ya que cada parte del quásar tendría que estar en contacto con otras partes en una escala de tiempo tal que permitiera la coordinación de las variaciones de luminosidad. Esto significaría que un cuásar que varía en una escala de tiempo de unas pocas semanas no puede tener más de unas pocas semanas luz de diámetro. La emisión de grandes cantidades de energía desde una región pequeña requiere una fuente de energía mucho más eficiente que la fusión nuclear que alimenta las estrellas. La conversión de energía potencial gravitacional en radiación al caer en un agujero negro convierte entre el 6% y el 32% de la masa en energía, en comparación con el 0,7% de la conversión de masa en energía en una estrella como el Sol. [45] Es el único proceso conocido que puede producir energía tan alta en un plazo muy largo. (Las explosiones estelares como las supernovas y los estallidos de rayos gamma , y la aniquilación directa de materia - antimateria , también pueden producir una potencia de salida muy alta, pero las supernovas sólo duran días, y el universo no parece haber tenido grandes cantidades de antimateria en el momento relevante. veces.)
Dado que los quásares exhiben todas las propiedades comunes a otras galaxias activas como las galaxias Seyfert , la emisión de los quásares puede compararse fácilmente con las de galaxias activas más pequeñas impulsadas por agujeros negros supermasivos más pequeños. Para crear una luminosidad de 10 a 40 vatios (el brillo típico de un cuásar), un agujero negro supermasivo tendría que consumir el equivalente material de 10 masas solares por año. Los quásares más brillantes conocidos devoran cada año 1.000 masas solares de material. Se estima que el mayor conocido consume materia equivalente a 10 Tierras por segundo. Las luminosidades de los cuásares pueden variar considerablemente con el tiempo, dependiendo de su entorno. Dado que es difícil alimentar los quásares durante muchos miles de millones de años, una vez que un quásar termina de acumular el gas y el polvo circundantes, se convierte en una galaxia ordinaria.
La radiación de los quásares es parcialmente "no térmica" (es decir, no se debe a la radiación de cuerpo negro ), y se observa que aproximadamente el 10% también tiene chorros y lóbulos como los de las radiogalaxias que también transportan cantidades significativas (pero poco comprendidas) de energía en la forma de partículas que se mueven a velocidades relativistas . Las energías extremadamente altas podrían explicarse mediante varios mecanismos (ver Aceleración de Fermi y Mecanismo centrífugo de aceleración ). Los cuásares se pueden detectar en todo el espectro electromagnético observable , incluyendo radio , infrarrojos , luz visible , ultravioleta , rayos X e incluso rayos gamma . La mayoría de los quásares son más brillantes en su marco de reposo de longitud de onda ultravioleta de 121,6 nm en la línea de emisión Lyman-alfa de hidrógeno, pero debido a los tremendos corrimientos al rojo de estas fuentes, ese pico de luminosidad se ha observado hasta 900,0 nm, en las proximidades del rojo. infrarrojo. Una minoría de quásares muestra una fuerte emisión de radio, generada por chorros de materia que se mueven cerca de la velocidad de la luz. Cuando se ven hacia abajo, aparecen como blazares y, a menudo, tienen regiones que parecen alejarse del centro más rápido que la velocidad de la luz ( expansión superluminal ). Esta es una ilusión óptica debido a las propiedades de la relatividad especial .
Los desplazamientos al rojo de los cuásares se miden a partir de las fuertes líneas espectrales que dominan sus espectros de emisión visible y ultravioleta. Estas líneas son más brillantes que el espectro continuo. Presentan un ensanchamiento Doppler correspondiente a una velocidad media de varios por ciento de la velocidad de la luz. Los movimientos rápidos indican claramente una masa grande. Las líneas de emisión de hidrógeno (principalmente de las series Lyman y Balmer ), helio, carbono, magnesio, hierro y oxígeno son las líneas más brillantes. Los átomos que emiten estas líneas varían desde neutros hasta altamente ionizados, dejándolo altamente cargado. Este amplio rango de ionización muestra que el gas es altamente irradiado por el quásar, no simplemente caliente, y no por estrellas, que no pueden producir un rango tan amplio de ionización.
Como todas las galaxias activas (no oscurecidas), los quásares pueden ser potentes fuentes de rayos X. Los quásares de radioruido también pueden producir rayos X y rayos gamma mediante la dispersión Compton inversa de fotones de menor energía por los electrones emisores de radio en el chorro. [59]
Los cuásares de hierro muestran fuertes líneas de emisión resultantes del hierro de baja ionización (Fe II ), como IRAS 18508-7815.
Los cuásares también proporcionan algunas pistas sobre el final de la reionización del Big Bang . Los quásares más antiguos conocidos ( z = 6) [ necesita actualización ] muestran una depresión de Gunn-Peterson y tienen regiones de absorción frente a ellos, lo que indica que el medio intergaláctico en ese momento era gas neutro. Los quásares más recientes no muestran ninguna región de absorción, sino que sus espectros contienen una zona puntiaguda conocida como bosque de Lyman-alfa ; esto indica que el medio intergaláctico ha sufrido una reionización en plasma y que el gas neutro existe sólo en pequeñas nubes.
La intensa producción de radiación ultravioleta ionizante también es significativa, ya que proporcionaría un mecanismo para que se produjera la reionización a medida que se forman las galaxias. A pesar de esto, las teorías actuales sugieren que los cuásares no fueron la fuente principal de reionización; Las causas principales de la reionización fueron probablemente las primeras generaciones de estrellas , conocidas como estrellas de Población III (posiblemente 70%), y las galaxias enanas (galaxias pequeñas muy tempranas de alta energía) (posiblemente 30%). [60] [61] [62 ] [63] [64] [65]
Los cuásares muestran evidencia de elementos más pesados que el helio , lo que indica que las galaxias atravesaron una fase masiva de formación estelar , creando estrellas de población III entre la época del Big Bang y los primeros cuásares observados. Es posible que la luz de estas estrellas se haya observado en 2005 utilizando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA , [66] aunque esta observación aún no se ha confirmado.
La taxonomía de los cuásares incluye varios subtipos que representan subconjuntos de la población de cuásares que tienen propiedades distintas.
Debido a que los quásares son extremadamente distantes, brillantes y de tamaño aparente pequeño, son puntos de referencia útiles para establecer una cuadrícula de medición en el cielo. [72] El Sistema Internacional de Referencia Celestial (ICRS) se basa en cientos de fuentes de radio extragalácticas, en su mayoría cuásares, distribuidas por todo el cielo. Debido a que están tan distantes, aparentemente son estacionarios según la tecnología actual, pero sus posiciones pueden medirse con la máxima precisión mediante interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Las posiciones de la mayoría se conocen con una precisión de 0,001 segundos de arco o mejor, lo que es órdenes de magnitud más precisas que las mejores mediciones ópticas.
Una agrupación de dos o más quásares en el cielo puede ser el resultado de una alineación casual, donde los quásares no están físicamente asociados, de una proximidad física real o de los efectos de la gravedad que desvían la luz de un solo quásar en dos o más imágenes por acción gravitacional. lentes .
Cuando dos quásares parecen estar muy cerca uno del otro visto desde la Tierra (separados por unos pocos segundos de arco o menos), comúnmente se les denomina "doble quásar". Cuando los dos también están muy juntos en el espacio (es decir, se observa que tienen desplazamientos al rojo similares), se les denomina "par de cuásares", o "cuásar binario" si están lo suficientemente cerca como para que sus galaxias anfitrionas interactúen físicamente. [73]
Como los quásares son en general objetos raros en el universo, la probabilidad de que se encuentren tres o más quásares separados cerca de la misma ubicación física es muy baja, y determinar si el sistema está estrechamente separado físicamente requiere un esfuerzo de observación significativo. El primer cuásar triple verdadero fue encontrado en 2007 mediante observaciones realizadas en el Observatorio WM Keck en Mauna Kea , Hawaii . [74] LBQS 1429-008 (o QQQ J1432-0106) se observó por primera vez en 1989 y en ese momento se descubrió que era un cuásar doble. Cuando los astrónomos descubrieron el tercer miembro, confirmaron que las fuentes estaban separadas y no eran el resultado de lentes gravitacionales. Este triple cuásar tiene un corrimiento al rojo de z = 2,076. [75] Los componentes están separados por aproximadamente 30 a 50 kiloparsecs (aproximadamente 97 000 a 160 000 años luz), lo cual es típico de las galaxias en interacción. [76] En 2013, el segundo verdadero triplete de cuásares, QQQ J1519+0627, se encontró con un corrimiento al rojo z = 1,51, todo el sistema encajando dentro de una separación física de 25 kpc (aproximadamente 80.000 años luz). [77] [78]
El primer sistema de cuásar cuádruple verdadero se descubrió en 2015 con un corrimiento al rojo z = 2,0412 y tiene una escala física general de aproximadamente 200 kpc (aproximadamente 650.000 años luz). [79]
Un cuásar de imágenes múltiples es un cuásar cuya luz sufre lentes gravitacionales , lo que da como resultado imágenes dobles, triples o cuádruples del mismo cuásar. La primera lente gravitacional de este tipo que se descubrió fue el cuásar de doble imagen Q0957+561 (o Twin Quasar) en 1979. [80] Un ejemplo de un cuásar de triple lente es el PG1115+08. [81] Se conocen varios cuásares de imagen cuádruple, incluidos el Einstein Cross y el Cloverleaf Quasar , y los primeros descubrimientos de este tipo se produjeron a mediados de la década de 1980.
![Las imágenes del cuásar SDSS J165202.64+172852.3 en el centro y a la derecha presentan nuevas observaciones del JWST en múltiples longitudes de onda para demostrar la distribución del gas alrededor del objeto. [83]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/26/Webb's_View_Around_the_Extremely_Red_Quasar_SDSS_J165202_64+172852_3_(weic2217a).jpeg/1280px-Webb's_View_Around_the_Extremely_Red_Quasar_SDSS_J165202_64+172852_3_(weic2217a).jpeg)
![Estas dos imágenes del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA revelan dos pares de quásares que existieron hace 10 mil millones de años y residen en el corazón de galaxias en fusión.[82]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fe/Hubble_Resolves_Two_Pairs_of_Quasars.jpg/1280px-Hubble_Resolves_Two_Pairs_of_Quasars.jpg)
_(aspire1).jpg/1280px-Webb_identifies_the_earliest_strands_of_the_cosmic_web_(annotated)_(aspire1).jpg)
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Primer modelo que muestra cómo el gas fluye a través del universo hacia el centro de un agujero negro supermasivo.
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