Quásares

Quásares

¿Quásar o QSO?
Por primera vez en los años sesenta del siglo 20, por la astronomía óptica, se ha detectado, que anteriormente se había descubierto como un fuerte emisor de ondas radiales. En esta fuente (llamada 3C 273) se encontró un desplazamiento hacia el rojo de ujn 15%, lo que correspoindía a una distancia de 2 mil millones de años luz y a una velocidad de fuga de 45.000 [km sˆ-1].

El quásar 3c 273, Claramente se puede apreciar uno de los dos jets. El otro se escapa a nuestra vista, porque se aleja de nosotros a una velocidad relativa en dirección opuesta.


Debida a que en su época sólo se veía a una estrella del tamaño 13, se estaba muy sorprendido por su luminosidad. Incluso una galaxia completa, a esta distancia debió haber sido mucho más débil. Estos, hasta ahí no comprendidos objetos, se les llamaba por esto Quásar, derivado de  Quasi-stellarer Radioquelle (Fuente radial cuasi estelar). Hasta hoy se han descubierto varios miles de estos quásares, sin embargo, la minoría de ellos 5también se manifiestan como fuertes emisores radiales. Por esto es mejor llamarlos QSO, Quasi- stellares Objekt, (objeto cuasi estelar), sin embargo la denominación quásar se impuso persistentemente.-

Los quásares son los objetos más brillantes conocidos en el cosmos. Ellos irradian a la luz visible con una luminosidad, que es inimaginablemente entre 10ˆ12 hasta 10ˆ14, más fuerte que el Sol. También en el ámbito de los rayos X su entrega de energía es comparablemente alta. En esta parte hay que dejar en claro, que esta enorme cantidad de energía es expulsada en un  espacio que no puede ser más grande que nuestro sistema planetario, esto es despreciablemente pequeño, pero demasiado grande para una estrella solitaria. Por lo tanto la fuente, que es capaz de expulsar tanta energía, debe ser otra.

 Con la gentil autorización de Sloan Digital Sky Survey.-

En su observación óptica, aparentemente sólo se ve una sola estrella, pero en realidad se trata de un QSO, o de un núcleo muy activo de una galaxia, que eclipsa a todas las demás estrella del sistema. La emisión de energía se diferencia fuertemente del de las estrellas o gas. Mientras que estos brillan solo en un campo de largo de ondas muy reducido, dependiente de la temperatura, un QSO emita su energía en una banda de ondas mucho más ancha.

Cada una de las manchas señaladas es un quásar, como lo sabemos hoy, una galaxia antigua. Una determinación de su distancia sólo es posible por intermedio del corrimiento hacia el rojo. Estrella individuales, que podrían servir como velas estándares para los astrónomos, ya no son posible de ser apreciados nítidamente por la distancia de estos  objetos. El corrimiento al rojo es causado por la expansión del universo que estiran las ondas de la luz. De izquierda a derecha el corrimiento hacia el rojo es Z= 5,00, Z= 4,90 y Z= 4,75, lo que significa, que estos QSOs se encuentran a una distancia de nosotros, de unos 13 mil millones de años. Son uno de los objetos más lejanos que haya visto alguna vez un ser humano

Con la gentil autorización de EGRET team, Compton Observatory, NASA
La emisión de energía de los quásares puede ocurrir por un amplio espectro, desde las ondas radiales, por le luz infrarroja, la luz visible hasta los rayos X y rayos gamma. La entrega de energía, sin embargo es variable y depende de fluctuaciones irregulares en el ‘ámbito de horas hasta años. A través de estas fluctuaciones se puede concluir el tamaño de estos objetos, donde se obtienen extensiones de aprox. 10ˆ15 [cm].Esto corresponde más o menos al tamaño de un sistema planetario.


El quásar 3C279 fotografiado  con el telescopio de radiación gamma Compton. Ya en 1991. Esta fuente de radiación gamma, fue  reconocida como la más potente hasta ahora observada, su radiación en el ámbito gamma, es 40 millones de veces más potente en el  campo de la luz visible. Al poco tiempo después de esta toma, la radiación se está haciendo cada vez más débil, la razón de esto no se conoce.

Nuevamente hoyo negro
La teoría más probable para la extrema conversión  de energía en los quásares es, como ya suponemos, que en el centro de estas jóvenes galaxias objetos muy masivos acrecen materia. Para la liberación de estas enormes cantidades de energía, ya sólo en el ámbito visual de 10ˆ38 hasta 10ˆ41 vatios, son necesario masas de aproximadamente 1 millón hasta mucho más de 1 mil millones de masas solares. Objetos como estos sólo pueden ser hoyos negros.

Si se calcula el radio de Schwarzschild para estas masas, que representa el límite inferior de la extensión espacial, entonces de obtienen valores entre 10ˆ11 y 10ˆ14 [cm], esto realmente concuerda con los tamaños estimados, ya que debemos adicionar las medidas del disco de materia que rodea al hoyo negro.

Jets
Los quásares albergan en su interior hoyos negros, que son extremadamente activos y que se tragan enormes cantidades de materia que los rodea. La materia en los discos de acreción que los rodea, no sólo es calentada tanto que incluso emiten radiaciones gamma, sino el gas del disco es acelerado a lo largo de los campos magnéticos y escapa a la velocidad relativa en los pocos magnéticos. Esto lo podemos observar como formas de jets. Rayos de materia que son expulsados por el núcleo de la galaxia, en dos direcciones opuestas y que pueden alcanzar extensiones de millones (!) de años luz.

Rotacionsrichtung = dirección de la rotación
Schwarzes Loch = Hoyo negro
Blauer Riese = Gigante azul
,Akkretionsscheibe = disco de acreción

El esquema de arriba muestra, a modo de ejemplo, la acreción de materia por un hoyo negro, aquí succiona gas desde una estrella acompañante. Desde su centro se disparan dos jets en dirección opuesta al espacio. Estos son provocados por un campo magnético, que es formado por las enormes fuerzas de roce de la materia que se precipita en forma de espiral al hoyo. La materia es ultra calentada y con esto totalmente ionizada (despojada de sus electrones), y con esto eléctricamente cargada y actúa como un dínamo. En los polos del campo magnético formado, las líneas del campo están abiertas, aquí el gas es acelerado casi a la velocidad de la luz.- 

Después de editar los cuadros obtenidos mayoritariamente por radiotelescopios,  se pueden observar nudosidades individuales en los jets y en sus extremos pandeos de forma de burbujas, los llamados hot spots. Aquí se trata de un frente de choque que se originan, cuando el gas se encuentra con materia interestelar, y es detenido bruscamente y además se calienta con esto. Algunos de los jets están más o menos torcidos. Esto se pudo haber producido por materia interestelar en curso (hasta 1000 [km/s]), condicionado por el movimiento de la galaxia  en su sistema galáctico. Esto se puede imaginarse parecido cuando el viento avienta el humo de una chimenea.-

Todos estos efectos se pueden explicar convincentemente, sólo con el modelo del hoyo negro como masa central de la galaxia. Sólo aquí una porción perceptible de la energía en estado de reposo (E = mcˆ2) de la masa en acreción puede ser transformada en energía. No es que la masa se precipita directamente en grandes cantidades en el hoyo negro, sino se mueve relativamente lenta (debido a la fricción), en forma de espiral, hacia adentro. Sólo un porcentaje reducido desparece realmente en forma constante en el hoyo, lo que sucede a la velocidad relativa. Lo que aquí brilla en todos los largos de indas posibles, no es el hoyo negro mismo, sino el disco de materia que lo rodea. La aquí liberada energía gravitacional, explica  la enorme luminosidad de un quásar. Puesto de que se trata de una galaxia relativamente joven, la densidad de la materia en el centro aún es muy alta y el hoyo negro puede tragarse todo a rienda suelta, lo que se encuentra en su cercanía. En galaxias más viejas, los hoyos negros han barrido sus entornos, ellos han llegado a calmarse.-

Los discos de acreción deberían emitir su energía principal en el campo UV, lo que sería también el caso de los quásares. En el núcleo de una galaxia como estas, se desarrollan diversos procesos físicos, que se encargan de una amplia dispersión del largo de ondas emitidas. De esta manera, por ejemplo es calentado el polvo circundante  por la enorme radiación UV, de manera que emite calor y así también podemos constatar  emisiones infrarrojas. Rayos X podría aparecer como una especie de corona del disco de acreción, una zona caliente y turbulenta, como también se puede encontrar en nuestro Sol. Desde luego la materia del disco, a base del roce, se puede calentar yanto que ya aquí se emiten rayos X.-

En el interior del disco de acreción ex9ste una enorme presión de gas y de radiaciones, que también es responsable, que la materia es fuertemente acelerada hacia el exterior. Si el disco de acreción tiene un fuerte campo magnético, entonces el flujo de la materia es obligado hacia dos direcciones opuestas, a ser, a lo largo de las líneas de campo. Este flujo de materia, lo identificamos como los ya mencionados jets.-

Materia así acelerada emite radiaciones en el ámbito de radio hasta la radiación gamma. El campo magnético posiblemente, también tiene una “función de tracción” sobre la materia: Cuando el hoyo rota (que como regla se puede suponer), el extremo campo magnético  corrodante, puede arrastrar consigo materia y acelerarlo considerablemente similar a un volante de inercia, también esto podría aportar a la formación de los jets.

 
Con la gentil autorización de JH. Bahcall (IAS, Princeton), M. Disney (Univ. Wales), NASA.

Vista de algunos quásares detectados por el telescopio espacial Hubble. Por primera vez se puede ver la ver su vecindad, mientras que el quásar es el objeto similar a una estrella en el centro del cuadro. Los cuadros en el medio y a la derecha muestran galaxias en colisión o fusionándose.-

¿Más veloz que la luz?-
Los nudos o densificaciones, muchas veces observados en los jets, no son estáticos, sino se desplazan desde su origen hacia fuera. Lo que realmente son, quizás inestabilidades en el jet, aún no se sabe muy bien. Lo sorprendente es, que estas nudosidades aparentemente se mueven al doble de la velocidad de la luz, incluso a veces con una velocidad diez veces mayor (!) (medido según el corrimiento al rojo) ¿Debemos enterrar ahora la teoría de la relatividad?-

De seguro no. Aquí debemos considerar, que la radiación del núcleo y del nudo tienen tiempos de recorrido diferenciados y que con esto recorren distancia diferentes. La radiación del núcleo de la galaxia siempre recorre la misma distancia hacia nosotros (el observador) las señales de los nudos, cuando se mueven directamente hacia nosotros, necesitan cada vez menos tiempos de recorrido mientras más se alejan del núcleo y se acercan a nosotros. Con esto el nudo aparentemente puede viajar a un velocidad mayor qie la de la luz.-

Este aparente viaje a una velocidad mayor que la de la luz, sólo se puede observar /y tambipen es observado en  muchas radio-galaxias), aún cuando el jet se mueve a una velocidad cerca de la velocidad de la luz.-

En el campo relativista, la fuente irradia con una velocidad creciente en u cono concentrado en aumento, en dirección al movimiento, el ángulo se reduce constantemente, y en el ámbito cercano a la velocidad de la luz, sólo es posible observarlo directamente de frente. Por esta razón, en algunos quásares, sólo podemos observar uno de los jets, porque el otro se aleja de nosotros a la velocidad relativa, en un ángulo poco favorable.

Última revisión 7 de Abril de 2011

Traducido del alemán por A. Gundelach, Marzo 2012, con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer Universum