Resuelven el misterio del brillo del cuásar gemelo

El cuásar Q0957+561, situado a unos 9.000 millones de años luz en la constelación de la Osa Mayor, fue descubierto en 1979 por un equipo anglo-estadounidense. Desde entonces los científicos han logrado explicar porqué se observan dos imágenes del mismo objeto -separadas por algo menos de dos milésimas de grado en el cielo-, pero hasta ahora no habían podido confirmar a qué se deben las “rápidas” (duran varios meses) variaciones en su brillo.

“Lo mismo que la fuerza de gravedad terrestre determina el movimiento de un cohete o de la Luna, una concentración de masa inmensa (como la que presenta un cúmulo de galaxias situado entre Q0957+561 y la Tierra) es capaz de desviar apreciablemente los rayos de luz que provienen del cuásar lejano y producir dos imágenes del mismo, A y B”, aclara a SINC Luis J. Goicoechea, del Grupo de Lentes Gravitatorias de la Universidad de Cantabria y uno de los autores del estudio publicado en Astronomy & Astrophysics. Este fenómeno se conoce como “efecto lente gravitatoria”, y se asemeja a los espejismos que se observan en un desierto o a la visión doble que presentan las personas miopes.

Pero el investigador explica que el asunto que inquietaba a los astrónomos, desde que se descubrió Q0957+561 hace 30 años, era conocer si las fluctuaciones en el brillo de sus dos imágenes se producían por las variaciones intrínsecas en la luminosidad del cuásar o, por el contrario, podrían ser originadas por la gravedad de planetas o estrellas presentes en el halo de una galaxia situada en el centro del cúmulo que actúa como lente gravitatoria. Las escalas temporales de las fluctuaciones (varios meses) sugerían a los científicos la posible existencia de planetas formando la materia oscura de dicha galaxia.

“Parece que se desvanece la atractiva hipótesis de una gran población de objetos oscuros con masa planetaria en el halo de la galaxia, ya que la variabilidad encontrada en nuestro experimento es de origen intrínseco al propio cuásar”, señala Goicoechea. Los investigadores han confirmado que las fluctuaciones en el brillo detectadas en la imagen A se repiten 14 meses después en la imagen B. Si hubieran sido producto de la gravedad asociada a planetas o estrellas, las fluctuaciones en la imagen A no tendrían réplicas exactas en la imagen B.

Para medir el brillo de las dos imágenes del cuásar gemelo los astrónomos han utilizado el telescopio robótico Liverpool, situado en La Palma (Canarias). El estudio se ha centrado en el análisis de los colores azul y rojo de la luz, y los resultados muestran que a lo largo de los meses la amplitud máxima del brillo varía cerca de un 10% respecto a la media. Además esas fluctuaciones se observan en la imagen B aproximadamente 14 meses después de ser detectadas en A.

“Este retardo entre componentes se ha determinado con un error relativo del 0.5%, es decir, con una gran precisión”, señala Goicoechea. Los científicos también han comprobado que el cuásar no emite simultáneamente toda la radiación óptica a la vez, sino que primero emite la luz azul y luego la roja. En la imagen A han medido un retardo de unos cuatro días entre una variación muy prominente del brillo azul y la correspondiente fluctuación del brillo rojo.

Presencia de un monstruo oscuro central

Los investigadores piensan que la mayoría de estas variaciones se originan en un disco de gas caliente situado en el corazón de Q0957+561. Este cuásar es uno de los mejor estudiados, y los astrónomos creen que en su interior se encuentra un agujero negro supermasivo, con una masa equivalente a más de mil millones de soles, alrededor del cual se situaría el disco de gas. “Esta estructura emite la radiación óptica observada y alimenta de materia al monstruo oscuro central”, apunta Goicoechea.

El astrónomo lo explica así: “Perpendicularmente al plano del disco surge un chorro o jet, que fue detectado tanto en ondas de radio como en el ultravioleta, y a cierta altura se producen fluctuaciones de alta energía, que primero alcanzan la zona más interna y caliente del disco (responsable de la radiación azul), y un poco más tarde, la zona más externa y fría (donde se genera la radiación roja)”. Las regiones del disco son así irradiadas, y una parte de esa irradiación es reflejada, mientras otra es reprocesada y reemitida a menor energía. Este fenómeno se denomina “reverberación”, y varios trabajos muy recientes indican que podría producirse en un gran número de cuásares.

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Cuásar o quásar (término castellano para el acrónimo inglés quasar = QUASi stellAR object, que se traduciría como objeto cuasi-estelar): cuerpo celeste de pequeño diámetro y gran luminosidad, que emite grandes cantidades de radiación en todas las frecuencias. Los científicos consideran que estos objetos son los más alejados en el Universo, aunque su extremada luminosidad permite observarlos a pesar de la enorme distancia. Los astrónomos piensan que los cuásares ocupan la región central de ciertas galaxias.

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Referencias bibliográficas:

V. N. Shalyapin, L. J. Goicoechea, E. Koptelova, A. Ullán, R. Gil-Merino, “New two-colour light curves of Q0957+561: time delays and the origin of intrinsic variations”; y L. J. Goicoechea, V. N. Shalyapin, R. Gil-Merino, A. Ullán, “Structure function of the UV variability of Q0957+561”. Astronomy and Astrophysics 492 (2): 401-417, 2008.