¿Qué son los cuásares y cómo moldean las galaxias?

Faros cósmicos alimentados por agujeros negros

En algún lugar del universo distante, objetos no más grandes que nuestro sistema solar superan en brillo a galaxias enteras que contienen cientos de miles de millones de estrellas. Estos son los cuásares —fuentes de radio cuasiestelares— y se encuentran entre los fenómenos más extremos que los astrónomos han observado jamás. El cuásar más brillante conocido, J0529-4351, resplandece con una luminosidad más de 500 billones de veces superior a la del Sol.

A pesar de su extraordinaria potencia, los cuásares siguieron siendo un misterio durante décadas después de su descubrimiento. Comprender cómo funcionan revela verdades fundamentales sobre las galaxias, los agujeros negros y la evolución del cosmos mismo.

Cómo funcionan los cuásares

Un cuásar es el núcleo luminoso de una galaxia donde un agujero negro supermasivo —uno con una masa que oscila entre millones y miles de millones de soles— se está alimentando activamente de gas y polvo circundantes. A medida que el material gira en espiral hacia el interior, forma un disco de acreción que gira rápidamente. Las fuerzas gravitacionales y de fricción calientan este disco a millones de grados, lo que hace que irradie enormes cantidades de energía a través del espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos X.

Algunos cuásares también lanzan chorros relativistas —estrechos haces de materia ionizada acelerada a casi la velocidad de la luz— que pueden extenderse cientos de miles de años luz en el espacio intergaláctico. Según la NASA, los cuásares más potentes emiten hasta mil veces la producción total de energía de la Vía Láctea.

No todas las galaxias albergan un cuásar activo. El fenómeno requiere un suministro generoso de gas canalizado hacia el agujero negro central, razón por la cual los cuásares eran mucho más comunes en el universo primitivo, cuando las galaxias eran ricas en gas y las colisiones eran frecuentes.

Un descubrimiento que cambió la astronomía

Los cuásares se detectaron por primera vez como fuentes de radio desconcertantes a finales de la década de 1950. El avance se produjo el 5 de febrero de 1963, cuando el astrónomo de Caltech Maarten Schmidt examinó el espectro óptico de una fuente de radio llamada 3C 273. Reconoció las familiares líneas de emisión de hidrógeno, pero desplazadas drásticamente hacia el extremo rojo del espectro.

Ese enorme desplazamiento al rojo significaba que 3C 273 se encontraba a unos tres mil millones de años luz de distancia, mucho más allá de la Vía Láctea. Para que un objeto a tal distancia pareciera tan brillante, su luminosidad intrínseca tenía que ser asombrosa. El descubrimiento de Schmidt, publicado en Nature en marzo de 1963, abrió una ventana completamente nueva al universo distante y les valió a los cuásares su apodo: faros del cosmos profundo.

Cómo los cuásares moldean su entorno

Los cuásares no se limitan a brillar, sino que esculpen activamente las galaxias que los rodean a través de un proceso llamado retroalimentación AGN. La radiación, los vientos y los chorros de un cuásar activo pueden calentar y expulsar el gas frío que las galaxias necesitan para formar nuevas estrellas, estrangulando efectivamente el nacimiento estelar en la galaxia anfitriona.

Investigaciones recientes que utilizan el Telescopio Espacial James Webb han impulsado aún más esta imagen. Un equipo dirigido por Yongda Zhu en la Universidad de Arizona descubrió que el cuásar J0100+2802 suprime la formación de estrellas no solo en su propia galaxia, sino también en galaxias vecinas dentro de un radio de al menos un millón de años luz. La intensa radiación divide el hidrógeno molecular en las nubes de gas circundantes, eliminando la materia prima necesaria para construir nuevas estrellas.

Este descubrimiento sugiere que las galaxias no evolucionan de forma aislada. Un único cuásar potente puede influir en el desarrollo de todo un vecindario cósmico.

Por qué los cuásares siguen siendo importantes

Debido a que los cuásares son tan luminosos, sirven como retroiluminación cósmica. Su luz atraviesa las nubes de gas intervinientes en su camino hacia la Tierra, y al analizar las líneas de absorción impresas en esa luz, los astrónomos pueden mapear la composición y la distribución de la materia a lo largo de miles de millones de años luz, una técnica fundamental para comprender la estructura a gran escala del universo.

El JWST continúa revelando sorpresas: los cuásares envueltos en polvo ocultos en el universo primitivo sugieren que los cuásares brillantes eran al menos el doble de comunes en los primeros mil millones de años después del Big Bang de lo que se pensaba anteriormente. Cada nuevo hallazgo refina nuestros modelos de cómo los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas coevolucionaron desde el amanecer cósmico hasta el día de hoy.

Desde misteriosos destellos de radio en la década de 1960 hasta la mirada infrarroja del JWST en las épocas más tempranas, los cuásares siguen siendo una de las herramientas más poderosas de la astronomía, y uno de los fenómenos más espectaculares.