revista de divulgación del Instituto de Astrofísica de Andalucía

El Moby Dick de...

El cuásar rebelde HE0359-3959

Muchas veces los astrónomos tenemos que trabajar con grandes muestras de objetos para poder describir su comportamiento de forma general. Sin embargo, de vez en cuando se corre con la suerte de encontrar objetos que muestran un comportamiento diferente al de sus compañeros. Estos objetos extremos suelen minimizar o maximizar ciertas propiedades y nos hacen pasar horas revisando cuál puede ser la posible causa. En algunas ocasiones este comportamiento es debido a que durante la observación del objeto algún factor atmosférico alteró las mediciones o a que el procesamiento de los datos no se hizo de forma correcta. Si ninguno de estos factores es el responsable, entonces estamos frente a un objeto rebelde, que nos puede complicar la existencia, pero a la vez hacerla más interesante.  

Cuando estaba terminando el doctorado me encontré con un cuásar extremo, HE0359-3959. Los cuásares (término que procede de su descripción en inglés, “fuentes cuasi estelares de radio”) pertenecen a la familia de los núcleos activos de galaxias y básicamente son galaxias que en sus centros albergan un agujero negro supermasivo, con masas de millones de veces la masa del Sol. A las afueras del agujero negro existen nubes de gas compuestas por diferentes elementos químicos y polvo que, dependiendo de la distancia a la que se encuentren, pueden estar girando alrededor de él o son atraídas hacia el agujero negro hasta pasar a formar parte del disco de acreción. En este disco el material se convierte en energía, produciendo tal cantidad de luz que puede superar a la de todas las estrellas de la galaxia que hospeda el cuásar. Los cuásares son de los objetos más luminosos en el universo y se encuentran a grandes distancias. El más lejano de ellos se encuentra a veintiocho mil millones de años luz, cuando el universo apenas tenía un ~5% de su edad actual.  
Mucha de la información de la que disponemos sobre la estructura de los cuásares la hemos aprendido gracias a la espectroscopía. Esta técnica observacional nos permite descomponer la luz que nos llega de estos objetos y estudiar la composición química y el comportamiento dinámico del gas alrededor del disco de acreción. Cada región del espectro electromagnético de un cuásar nos da diferentes pistas sobre lo que sucede en los alrededores del agujero negro. Debido a que se encuentran a grandes distancias, para obtener buenos espectros y resultados de calidad, necesitamos telescopios de gran tamaño y espectrógrafos de alta resolución.
Hasta no hace más de diez años la región espectral del infrarrojo cercano de los cuásares se hallaba casi sin estudiar y los trabajos existentes eran solo para objetos cercanos, aproximadamente a un millón de años luz. Pero con la llegada del espectrógrafo ISAAC (Infrared Spectrometer And Array Camera), instalado en uno de los telescopios de 8.2 metros de diámetro del Very Large Telescope (VLT-ESO) en Chile, logramos observar la región infrarroja de los cuásares muy distantes, entre ellos HE0359-3959. Desde el primer momento que vi el espectro supe que se trataba de un cuásar especial ya que las tres líneas del calcio dos veces ionizado (triplete de CaII) dominaban por completo la región espectral. En otros objetos las líneas del triplete del CaII se mezclan con la líneas en emisión de otros iones y todos forman un especie de montaña, pero en HE0359-3959 las líneas son muy intensas y delgadas y se pueden ver perfectamente separados los picos individuales del triplete (gráfica superior izquierda). No hemos podido observar ese efecto en ningún espectro de otro objeto hasta el momento.

Cuásares altamente acretores

Dentro del contexto de 4D Eigenvector 1, un formalismo que propone una secuencia evolutiva para los cuásares, a HE035-3959 lo hemos catalogado como un cuásar altamente acretor. Esto significa que la cantidad de energía que emite el disco de acreción es tan alta que provoca que la presión de radiación generada en el disco sea mucho mayor que la fuerza gravitacional. Esto genera que grandes cantidades de material de los alrededores del disco de acreción sean expulsados hacia la galaxia anfitriona en forma de vientos. En un espectro este efecto lo vemos como una línea asimétrica hacía longitudes de onda menores, es decir, una línea con una joroba muy pronunciada hacia el lado azul (gráfica derecha). Este comportamiento lo logramos observar en la línea ultravioleta del carbono tres veces ionizado (CIV λ1549Å), que tiene una de las asimetrías al azul más grandes que hemos encontrado.
Nuestra mayor sorpresa fue observar una asimetría en el perfil de las líneas del aluminio dos veces ionizado (AlIII λ1860Å). Estas líneas en general son muy simétricas en los cuásares, indicando que la nube donde se emiten gira alrededor del disco de acreción. Pero en HE0359-3959, la asimetría de AlIII nos dice que la nube de gas está saliendo hacia la galaxia anfitriona, al igual que la nube de gas del CIV. A este proceso se le llama retroalimentación y es fundamental en el estudio de la evolución de galaxias a grandes distancias, porque podría ayudar a la producción de estrellas en la galaxia anfitriona.
¿Por qué HE0359-3959 tiene este estas propiedades tan extremas? Aún no lo sabemos. Este cuásar pertenece a la familia de los cuásares altamente acretores que muestran propiedades semejantes, pero no tan extremas. Se ha propuesto que este tipo de objetos podrían tener un disco de acreción caliente que generaría una gran presión de radiación y por lo tanto la presencia de vientos. Actualmente grupos de España, Italia y México nos encontramos analizando una muestra de cuásares altamente acretores observados con el Gran Telescopio de Canarias en el Observatorio Roque de los muchachos en La Palma. El análisis de estos objetos nos ayudará a entender qué le pasa a nuestro cuásar rebelde.

Mary Loli Martínez Aldama (IAA)

Nació en Ciudad de México en 1984. Obtuvo su doctorado en el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente realiza una estancia de investigación en el IAA, dentro del programa "Desde las bajas a las altas tasas de acreción en núcleos activos de galaxias, alimentación y retroalimentación".