Los cuásares más brillantes y lejanos, tanto jóvenes como viejos, muestran poderosos vientos galácticos

Los cuásares son uno de los objetos más luminosos que podemos observar en el universo. Al igual que el resto de las galaxias activas, presentan una estructura formada por un agujero negro supermasivo central rodeado de un disco de gas que lo alimenta, todo ello embebido en un toroide, una especie de dónut de gas y polvo que oculta las regiones centrales. Su estudio, desde hace más de seis décadas, ha permitido establecer diferencias y separar poblaciones, y un trabajo revela ahora que los cuásares más brillantes y lejanos presentan poderosos vientos, capaces de generar grandes cantidades de energía y de transportar gas a grandes distancias.

Conocemos la estructura de los cuásares indirectamente, gracias a la espectroscopía, una técnica que descompone su luz y que permite estudiar el movimiento del gas hasta regiones próximas al horizonte de sucesos del agujero negro (la zona a partir de la cual la gravedad es tan intensa que ni la luz puede escapar). Pero, a diferencia de las estrellas, los cuásares muestran distintas características espectroscópicas dependiendo del ángulo de visión (por ejemplo, si el toroide está de canto oculta la región central), y esto complicó históricamente el desarrollo de una herramienta que ordenara la diversidad de cuásares.

Esquema que muestra los componentes básicos de un cuásar: un agujero negro supermasivo, un disco de acreción y un toroide de polvo. Fuente: HST.

“Hoy, en cambio, usamos una poderosa herramienta para organizar la diversidad observada. Denominada 4DE1, se basa en cuatro medidas de observación independientes (dos en luz visible y una ultravioleta y rayos X). En concreto, la información en luz visible nos permite separar los cuásares en dos poblaciones diferentes: cuásares jóvenes que muestran un agujero negro poco masivo y una alta tasa de acreción de materia (población A), y cuásares viejos con un agujero negro muy masivo que absorben poca materia (población B)”, señala Alice Deconto-Machado, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza el trabajo.

Gracias al uso de 4DE1, hoy se comprenden bien las características de los cuásares cercanos, pero el escenario no está tan claro para los cuásares distantes. El trabajo ha ampliado el estudio de estas poblaciones a fuentes muy lejanas y de alta luminosidad con una muestra de veintidós cuásares observados con el Very Large Telescope (VLT), que forma parte del Observatorio Europeo Austral (ESO), y con datos adicionales en el ultravioleta de bases de datos astronómicas, especialmente del Sloan Digital Sky Survey (SDSS). La luz de estos cuásares ha tardado unos siete mil millones de años en alcanzarnos, de modo que la emitieron cuando el universo tenía la mitad de su edad actual.

Los nuevos espectros han permitido al equipo científico estudiar la estructura y la cinemática del disco de acreción y la física del cuásar en regiones muy cercanas al agujero negro, de apenas semanas luz de distancia. “Hemos aplicado un método muy robusto de descomposición de las líneas espectrales y hemos hallado señales inequívocas de la existencia de poderosos flujos de gas, tanto en la población A como en la población B –apunta Alice Deconto-Machado (IAA-CSIC)–. Vemos también que esos flujos proceden de distintas escalas espaciales, desde las regiones más próximas al agujero negro como desde el disco de acrecimiento”.

os cuásares son uno de los objetos más luminosos que podemos observar en el universo.

La retroalimentación de los núcleos galácticos activos (AGN) se considera uno de los principales contribuyentes al proceso evolutivo de las galaxias. La exploración del espacio 4DE1 al completo permite comprender cómo los agujeros negros supermasivos coevolucionan con sus galaxias anfitrionas, lo que está estrechamente relacionado con sus tasas de acreción y la presencia de vientos y chorros nucleares.

Referencia bibliográfica:

A. Deconto-Machado et al. «High-redshift quasars along the main sequence». Astronomy & Astrophysics, Jan 2023. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202243801