Un quasar ( fuente de radiación cuasi-estelar , radiosource cuasi-estelar en Inglés , o más recientemente “ fuente de radiación astronómico cuasi-estelar ”, radiosource astronómico cuasi-estelar ) es una extremadamente brillante Galaxy núcleo ( núcleo activo ). Los quásares son las entidades luz del Universo. Aunque primero hubo cierta controversia sobre la naturaleza de estos objetos hasta principios de la década de 1980 , ahora existe un consenso científico de que un quásar es la región compacta que rodea un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia masiva. Su tamaño es de 10 a 10,000 veces el radio de Schwarzschild del agujero negro. Su fuente de energía proviene del disco de acreción que rodea al agujero negro.
Con los telescopios ópticos, la mayoría de los quásares se ven como pequeños puntos de luz, aunque algunos se ven como los centros de galaxias activas (comúnmente conocidas por la abreviatura AGN, Active Galaxy Nucleus ). La mayoría de los quásares están demasiado lejos para ser vistos con telescopios pequeños, pero 3C 273 , con una magnitud aparente (o relativa) de 12,9, es una excepción. A 2,44 mil millones de años luz , es uno de los objetos distantes observables con equipos de aficionados .
Algunos quásares muestran cambios rápidos de brillo, lo que implica que son bastante pequeños (un objeto no puede cambiar más rápido que el tiempo que tarda la luz en viajar de un extremo a otro; consulte el artículo sobre el quásar J1819 + 3845 para obtener otra explicación). El cuásar ULAS J1120 + 0641 , observado en 2011, ha sido durante mucho tiempo el más distante jamás observado, en z = 7,09 (por lo tanto, aproximadamente a 12,9 mil millones de años luz de la Tierra). A fines de 2017, se anunció la observación del cuásar ULAS J1342 + 0928 , en z = 7.54 ; este quásar tiene una luminosidad bolométrica de 4 × 10 14 L ⊙ y se interpreta como un agujero negro de 8 × 10 8 M ⊙ .
Se cree que los cuásares ganan en poder mediante la acumulación de materia alrededor de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los núcleos de estas galaxias, haciendo "versiones ligeras" de estos objetos conocidos como galaxias activas. Ningún otro mecanismo parece capaz de explicar la inmensa energía liberada y su rápida variabilidad.
Existe un fenómeno aún inexplicable hasta el día de hoy en torno a los quásares: ciertas galaxias “relativamente tranquilas” pasan repentinamente a la etapa de cuásares activos, y esto en tan solo unos meses .
El sustantivo masculino quasar se toma prestado del inglés americano quasar , un sustantivo con el mismo significado, atestiguado en1964. Su más antigua conocida ocurrencia es en un artículo por el chino-estadounidense astrofísico Hong-Yee Chiu en relación con el colapso gravitacional y publicado en la revista Physics Today enMayo de 1964. Es una palabra abreviada , contracción del adjetivo cuasi-estelar (" cuasi-estelar "), abreviatura de fuente de radio cuasi-estelar ( "fuente de emisión de radio cuasi-estelar" ) mediante la adición de cuas- - de cuasi - a - ar - de estelar .
En francés, la palabra quasar se usa de1965, con su primera aparición pública conocida en "Les monstres du Cosmos", un artículo de Pierre-Charles Pathé publicado en Le Nouvel Observateur el7 de enero de 1965.
Un quásar se compone de tres partes principales :
Hay más de 100.000 cuásares (113.666 según el catálogo más grande de 2006). Todos los espectros observados muestran corrimientos al rojo que van de 0,06 a 6,4 indicando según la ley de Karlsson que se encuentran a distancias muy grandes de nosotros, el más cercano a nosotros está a unos 240 Mpc (∼ 783 millones de al ) y el más distante a unos 4 Bpc. (∼13 mil millones de al ), en los límites del universo observable .
Aunque débiles cuando se ven ópticamente (su alto corrimiento al rojo implica que estos objetos se están alejando de nosotros), los quásares son los objetos más brillantes conocidos en el Universo . El cuásar que aparece más brillante en nuestro cielo es el 3C 273 hiperbrillante en la constelación de la Virgen . Tiene una magnitud aparente de aproximadamente 12,9 (lo suficientemente brillante como para ser visto con un telescopio pequeño) pero su magnitud absoluta es -26,7. Esto significa que a una distancia de 10 pc (~ 33 años luz), este objeto brillaría en el cielo con tanta fuerza como el Sol. La luminosidad de este cuásar es, por tanto, 2 × 10 12 veces más fuerte que la del Sol, o unas 100 veces más fuerte que la luz total de una galaxia gigante, como nuestra Vía Láctea .
El cuásar superbrillante APM 08279 + 5255 tenía, cuando fue descubierto en 1998, una magnitud absoluta de -32,2, aunque las imágenes de alta resolución de los telescopios Hubble y Keck revelan que este sistema está magnificado gravitacionalmente . Un estudio de la magnificación gravitacional en este sistema sugiere que fue magnificada por un factor de aproximadamente 10. Esto sigue siendo mucho más brillante que los cuásares cercanos como 3C 273 . Se pensaba que HS 1946 + 7658 tenía una magnitud absoluta de -30,3, pero también se enfatizó por el efecto de la ampliación gravitacional.
Se ha descubierto que los quásares varían en brillo en diferentes escalas de tiempo. Algunos varían en brillo cada x meses , semanas, días u horas. Este descubrimiento permitió a los científicos teorizar que los cuásares generan y emiten su energía en una región pequeña, ya que cada parte de un cuásar debe estar en contacto con otras partes en una escala de tiempo para coordinar las variaciones de brillo. Por tanto, un cuásar cuyo brillo varía en una escala de tiempo de unas pocas semanas no puede ser mayor que unas pocas semanas luz .
Los quásares muestran muchas propiedades comparables a las de las galaxias activas: la radiación no es térmica y algunos tienen chorros y lóbulos como los de las radiogalaxias . Los cuásares se pueden observar en muchas regiones del espectro electromagnético : ondas de radio , infrarrojos , luz visible , ultravioleta , rayos X e incluso rayos gamma .
La mayoría de los quásares son más brillantes en el campo del ultravioleta cercano (~ 121,6 nanómetros , que corresponde a la línea de emisión Lyman-α del hidrógeno ) en su propio depósito , pero debido a los cambios al rojo de estas fuentes, la luminosidad máxima se observó hasta ahora como 900 nanómetros, o en el infrarrojo muy cercano.
Los cuásares de hierro muestran fuertes líneas de emisión que dan como resultado hierro ionizado, como IRAS 18508-7815 .
Dado que los cuásares muestran propiedades comunes a todas las galaxias activas, muchos científicos han comparado las emisiones de los cuásares con las de las pequeñas galaxias activas. La mejor explicación para los cuásares es que se vuelven poderosos gracias a los agujeros negros supermasivos . Para crear una luminosidad de 10 40 W (el brillo típico de un quásar), un agujero negro supermasivo tendría que consumir el material equivalente a 10 estrellas por año. Se sabe que los cuásares más brillantes devoran 1.000 masas solares de materia al año. Se sabe que los cuásares se encienden o apagan según su entorno. Una consecuencia sería que un cuásar no podría, por ejemplo, continuar alimentándose a este ritmo durante 10 mil millones de años. Lo que explicaría por qué no hay ningún quásar cerca de nosotros. Cuando un quásar termina de tragar gas y polvo, se convierte en una galaxia ordinaria.
Los quásares también proporcionan pistas sobre el final de la reionización del Big Bang . Los cuásares más antiguos ( z > 4 ) muestran una onda de Gunn-Peterson y regiones de absorción frente a ellos, lo que indica que el medio intergaláctico estaba hecho de gas neutro, en ese momento. Los cuásares más recientes muestran que no tienen una región de absorción, sino espectros que contienen un área con un pico conocido como bosque de Lyman-α . Esto indica que el espacio intergaláctico ha sufrido una reionización en plasma y que el gas neutro existe solo en forma de pequeñas nubes.
Otra característica interesante de los quásares es que muestran rastros de elementos más pesados que el helio . Esto indica que estas galaxias atravesaron una importante fase de formación estelar creando una población III de estrellas , entre el momento del Big Bang y la observación de los primeros quásares. La luz de estas estrellas se pudo observar con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA (aunque a fines de 2005 , esta interpretación aún no se ha confirmado).
Los primeros quásares se descubrieron con radiotelescopios a finales de la década de 1950 . Muchos fueron registrados como fuentes de radio sin ningún objeto visible asociado. Usando pequeños telescopios y el telescopio Lovell como interferómetro , se encontró que tenían un tamaño angular muy pequeño. Cientos de estos objetos se enumeraron ya en 1960 y se enumeraron en el tercer catálogo de Cambridge . En 1960, la fuente de radio 3C 48 finalmente se conectó a un objeto óptico. Los astrónomos detectaron lo que parecía ser una estrella azul pálido en la ubicación de las fuentes de radio y obtuvieron su espectro . Con muchas líneas de emisión desconocidas, el espectro irregular desafió la interpretación, la afirmación de John Bolton de un gran corrimiento al rojo no fue aceptada.
En 1962 se hizo un gran avance. Otra fuente de radio, 3C 273 , iba a sufrir cinco ocultaciones por parte de la Luna . Las mediciones realizadas por Cyril Hazard y John Bolton durante una de las ocultaciones con el radiotelescopio Parkes permitieron a Maarten Schmidt identificar el objeto ópticamente. Obtuvo un espectro óptico utilizando el telescopio Hale (5,08 m ) en el monte Palomar . Este espectro reveló las mismas líneas de emisión extrañas. Schmidt se dio cuenta de que estas eran las líneas de hidrógeno desplazadas al rojo ( desplazadas al rojo) en un 15,8%. Este descubrimiento mostró que el 3C 273 se alejaba a una velocidad de 47.000 km / s . Este descubrimiento revolucionó la observación de los quásares y permitió a otros astrónomos encontrar desplazamientos al rojo que emanaban de las líneas de emisión y de otras fuentes de radio. Como Bolton predijo anteriormente, se descubrió que 3C 48 tiene un corrimiento al rojo equivalente al 37% de la velocidad de la luz .
La palabra "quásar" fue acuñada por el astrofísico Hong-Yee Chiu en la revista Physics Today , para designar estos intrigantes objetos que se hicieron populares poco después de su descubrimiento, pero que luego fueron referidos por su nombre completo ( fuente de radio cuasi-estelar ). :
“Por ahora, la palabra más bien incómoda e indeterminable ' fuente de radio cuasi estelar ' se utiliza para describir estos objetos. Como la naturaleza de estos objetos nos es completamente desconocida, es difícil darles una nomenclatura breve y adecuada, incluso si sus propiedades esenciales provienen de su nombre. Por conveniencia, en este artículo se utilizará la forma abreviada "quasar". "
- Hong-Yee Chiu, Physics Today , mayo de 1964
Más tarde, se descubrió que algunos quásares (de hecho, solo ~ 10%) no tenían transmisiones de radio fuertes. De ahí el nombre de "QSO" ( objeto cuasi-estelar ) utilizado (además de la palabra "quasar") en referencia a estos objetos , que comprende la clase de radio-fuertes y radio-silencioso .
El gran tema de debate en la década de 1960 fue si los cuásares eran objetos cercanos o lejanos, como supone su desplazamiento al rojo . Se sugirió, por ejemplo, que el corrimiento al rojo de los quásares no se debía al efecto Doppler , sino a la luz que escapaba de un pozo gravitacional profundo. Sin embargo, una estrella con masa suficiente para formar un pozo así sería inestable. Los quásares también muestran líneas espectrales inusuales, previamente visibles en una nebulosa caliente de baja densidad, que serían demasiado difusas para generar la energía observada y acceder al pozo gravitacional profundo. También hubo serias preocupaciones sobre la idea de cuásares cosmológicos distantes. Uno de los principales argumentos en su contra fue que involucraban energías que excedían los procesos de conversión conocidos, incluida la fusión nuclear . Estas objeciones se borraron con la propuesta de un mecanismo de disco de acreción en la década de 1970 . Y hoy, la distancia cosmológica de los quásares es aceptada por la mayoría de investigadores.
En 1979 , el efecto de lente gravitacional predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein se confirmó al observar las primeras imágenes del doble cuásar 0957 + 561 .
En los años 1980 , se han desarrollado modelos unificados en los que se observaron cuásares simplemente como una clase de galaxias activas, y surgió un consenso general: en muchos casos, es sólo el ángulo de visión que los ha apartado de los demás clases, tales como. Blazares y de radio galaxias . Se cree que la inmensa luminosidad de los cuásares es el resultado de la fricción causada por el gas y el polvo que caen en el disco de acreción de los agujeros negros supermasivos, que pueden transformarse en energía del orden del 10% de la masa de un objeto (en comparación con el 0,7%). para la energía producida durante el proceso pp de fusión nuclear que domina la producción de energía en las estrellas como el Sol).
Este mecanismo también explica por qué los cuásares eran más comunes cuando el Universo era más joven, como el hecho de que esta producción de energía termina cuando el agujero negro supermasivo consume todo el gas y el polvo cerca de él. Esto implica la posibilidad de que la mayoría de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, hayan pasado por una etapa activa (que parecen ser quásares o alguna otra clase de galaxias activa dependiendo de la masa del agujero negro y su disco de acreción) y ahora estén en paz porque no ya tienen algo que alimentar (en el centro de su agujero negro) para generar radiación.