Un grupo de investigadores del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) y del Observatorio Astronómico de La Plata ha detectado recientemente variaciones de gran amplitud en la luminosidad del cuasar AO 0235+164. Dichas variaciones se observaron en noviembre de 1999 utilizando el telescopio "Jorge Sahade" del Complejo Astronómico El Leoncito (CASLEO, San Juan), perteneciente a la Universidad Nacional de La Plata y operado en colaboración con el CONICET y las Universidades Nacionales de Córdoba y San Juan.
El cuasar, más precisamente un objeto del tipo BL Lacerta o "blazar", es conocido por presentar cambios en su flujo luminoso, tanto en luz visible como en ondas de radio y en altas frecuencias. Sin embargo, la variación detectada por los astrofísicos platenses representa un verdadero "récord" en el tema, ya que AO 0235+164 casi triplicó su luminosidad en poco más de 24 horas entre el 5 y el 6 de noviembre de 1999. Sólo en la úlima de estas fechas la variación fue de más del 50% en 6 horas. Este comportamiento extremo pone a prueba los modelos teóricos propuestos para explicar el origen de la emisión luminosa en estos fascinantes objetos.
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| Imagen de AO 0235+164 tomada con el telescopio de 2,15 m del Complejo Astronómico El Leoncito, San Juan, Argentina. Los objetos más brillantes son estrellas cercanas (de nuestra Galaxia). |
Muchos cuasares son fuertes emisores de ondas de radio, de rayos-X y
de rayos gamma, y esta emisión suele variar en lapsos
de tiempo que van de días a años. De hecho, los primeros
cuasares se descubrieron mediante radiotelescopios, de allí su
nombre ``quasi stellar radio sources'', o brevemente ``quasars'', que
significa ``fuentes de ondas de radio casi estelares''.
Varias son las características distintivas de los cuasares. En
primer lugar, como el brillo observado de cualquier fuente luminosa
disminuye con su distancia al cuadrado, los cuasares deben ser
intrínsecamente muy brillantes, de lo contrario no
podrían detectarse a distancias tan grandes. De hecho, la
mayoría de estos objetos emiten una energía equivalente
a varios billones de veces la que emite el Sol, o sea unas 10 veces
más que toda nuestra galaxia, la Vía Láctea,
llegando en muchos casos a superar a las galaxias más
brillantes. El gran problema con los cuasares es que toda esa
energía debe provenir de una región relativamente chica,
no mucho mayor que nuestro Sistema Solar. Esto se deduce de sus
rápidas variaciones de brillo: dado que nada puede
moverse más rápido que la luz, un objeto del
tamaño de una galaxia (varias decenas de miles de años
luz de diámetro) no podría variar de brillo en pocas
horas porque ningún fenómeno físico podría
propagarse suficientemente rápido de un extremo al otro para
producir una variación simultánea. Puesto de otra forma,
aun si un objeto de 1 año luz de diámetro pudiese variar
su brillo uniformemente, la luz de su extremo lejano nos
llegaría 1 año después que la luz del extremo
más cercano, borroneando toda variación.
El desafío es, entonces, encontrar un mecanismo físico
capaz de generar más energía que toda una galaxia, pero
con un tamaño no mucho mayor al de nuestro sistema solar (unas
pocas horas-luz), y que a la vez explique las propiedades de los
distintos tipos de cuasares conocidos.
Conviene recordar que, aún con un telescopio moderno, no es posible observar directamente detalle alguno en las regiones más internas (o sea, el "motor") de los cuasares, ya que por sus enormes distancias se ven como simples puntos luminosos. Todo avance en lo que podamos saber de ellos surgirá entonces de una cuidadosa comparación entre las observaciones y los modelos teóricos elaborados para explicarlas.
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| Representación esquemática de un cuasar, mostrando el agujero negro supermasivo, con su disco de acreción (en corte) y el doble jet de partículas de alta energía. |
Es así que cuatro décadas de trabajo observacional y
teórico nos llevan al siguiente panorama: los cuasares son los
núcleos activos de galaxias distantes, y el
mecanismo que genera su energía es completamente distinto al
que opera en el Sol y las demás estrellas. El modelo más
aceptado consiste en un gigantesco agujero negro que, con su fuerza de
gravedad, arrastra material gaseoso de sus alrededores,
acelerándolo y calentándolo a millones de grados de
temperatura. Este material, cayendo al agujero negro, sería el
responsable de la enorme luminosidad del cuasar.
De esta forma, el agujero negro, cuya masa es decenas de millones de
veces la del Sol, se halla rodeado de un disco o ``rosquilla'' de
material caliente. Parte de este material cae al agujero negro, pero
otra parte es expelida a velocidades cercanas a la de la luz en dos
``chorros'' o ``jets'', responsables de la emisión de ondas de
radio. Según sea el ángulo bajo el cual vemos a este
sistema disco-jet, el cuasar presentará propiedades
distintivas.
Sin embargo, aunque a grandes rasgos este modelo es aceptado por la
mayoría de los astrofísicos, quedan muchos detalles sin
explicación satisfactoria: ¿Cómo se originan y evolucionan
los cuasares? ¿De dónde sale el gas que alimenta al
``monstruo'' central? ¿Cuáles son exactamente las
diferencias físicas entre los distintos tipos de cuasares?
¿Cúal es el origen de las variaciones de brillo que ocurren
en escalas de tiempo muy breves? Algunos de estos interrogantes son
los que intenta responder el equipo de investigadores argentinos.
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| El Complejo Astronómico El Leoncito, San Juan, Argentina |
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| El telescopio "Jorge Sahade" del CASLEO |
En noviembre de 1999, los dos primeros viajaron a la provincia de San
Juan para un nuevo turno de observación de 6 noches con el
telescopio del CASLEO, esta vez con el plan de observar una muestra de
cuasares emisores de rayos-X. El cielo despejado y el buen
funcionamiento del instrumental parecían indicar que el
proyecto se cumpliría según lo planeado.
Sin embargo, al analizar los datos obtenidos las dos primeras noches,
se comprobó que uno de los objetos, el cuasar AO 0235+164,
había disminuido su brillo a la mitad del valor inicial. Una
variación tan grande en menos de 48 hs es muy poco usual, por
lo que el resto del turno se destinó al seguimiento de este
objeto, midiendo su luz en dos longitudes de onda distintas.
Los hechos demostraron que el cambio de estrategia fue acertado. Sólo
interrumpidos por unas pocas nubes durante una de las noches, los
datos recogidos durante seis noches consecutivas representan el
seguimiento más detallado de un cuasar experimentando una
variación de brillo extrema. Para la cuarta noche el flujo
luminoso de AO 0235+164 había caído aún
más, pero al final de la quinta noche ya había
recuperado su brillo original, aumentando 1,2 magnitudes (o sea un
300%) en 24 hs. De regreso en La Plata, el análisis
definitivo de las observaciones permitió establecer propiedades
importantes de los mecanismos físicos que operan en este
sorprendente cuasar.
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| Curva de luz de
AO 0235+164. Se muestra la variación de brillo (en magnitudes)
durante las 6 noches de observación. Una diferencia de 5 magnitudes corresponde a una variación de 100 veces en el brillo. (Menor magnitud indica mayor brillo.) Los puntos alineados casi horizontalmente (abajo) correponden a una estrella de comparación, utilizada para verificar que las variaciones son reales y no se deben a problemas atmosféricos o instrumentales. |
Los modelos que involucran perturbaciones en el disco de acreción no
pueden explicar variaciones de luminosidad tan bruscas como las
detectadas en AO 0235+164, por lo que se descartan en este caso.
Se debe recurrir entonces a efectos relativistas, que se
producen cuando una onda de choque se propaga a velocidades cercanas a
la velocidad de la luz a lo largo de los "jets". En este caso, la
interacción de esta onda de choque con turbulencias en el jet
generaría las rápidas variaciones observadas. Sin
embargo, esta variación no sería simultánea en
distintas longitudes de onda, mientras que las observaciones de los
astrofísicos argentinos muestran que, al menos una de las
noches, AO 0235+164 varió simultáneamente en luz roja
(longitud de onda larga) y en luz verde (longitud de onda
corta). Investigaciones teóricas muy recientes sugieren que
este comportamiento podría producirse si el jet está
efectuando un movimiento de "cabeceo" debido a la acción de un
campo magnético. En este caso, efectos basados en la
Teoría de la Relatividad predicen que un pequeño cambio
en el ángulo entre el jet y la dirección de la visual
bastaría para producir las fuertes variaciones de luminosidad,
simultáneas en ambos colores, que se han observado.
Finalmente, si bien no puede descartarse que lo observado corresponda
a un evento de microlente gravitacional, la detección de dos
fenómenos similares en noches consecutivas requeriría
propiedades poco usuales en la galaxia que actuase como lente.
Para el futuro próximo, Romero, Cellone y Combi han programado
observaciones simultáneas en longitudes de onda ópticas
y de radio, para lo cual planean volver a usar el telescopio del
CASLEO, pero esta vez en coordinación con un radiotelescopio en
Sudáfrica. Si esta colaboración internacional da los
resultados esperados, se podrá contar con más elementos
para decidir entre los distintos modelos posibles, arrojando nueva luz
sobre algunos de los objetos más fascinantes del Universo.
Más información sobre el tema:
(Fotos CASLEO: Guillermo Sierra)
Página de divulgación de Sergio A. Cellone