EVIDENCIA OBSERVACIONAL: EL NÚCLEO DE NUESTRA GALAXIA, VIRGO A y OJ 287

Una de las implicaciones del modelo de actividad nuclear que hemos discutido, es que todo núcleo galáctico fue alguna vez un cuasar y que todo cuasar finalmente se convertirá en una galaxia 'normal' —inactiva—. Las radiogalaxias y las galaxias Seyfert representarían etapas intermedias en esta evolución.

Normalmente, un cuasar agotará su dotación de gas nuclear enunos cuantos millones de años. La edad de las galaxias, por otra parte, se calcula en aproximadamente diez mil millones de años, es decir, el cuasar agotará su gas en algunas diezmilésimas de la vida total de las galaxias. Esperaríamos encontrar en el Universo mil veces menos cuasares que galaxias. Y esta es, precisamente, la proporción observada.

Los objetos que vemos ahora como cuasares han tenido miles de millones de años para evolucionar, desde que emitieron la luz que nos está llegando en este momento. Por lo que ahora, seguramente, ya se han convertido en galaxias como la nuestra, con soles y sistemas planetarios y quizá con astrónomos que al observar la Vía Láctea la verán como fue hace miles de millones de años: como un cuasar.

Si todo esto es verdad, hay una consecuencia obvia, que ya habíamos señalado antes: en el núcleo de nuestra galaxia debe haber un agujero negro supermasivo. Aun si éste se encuentra relativamente inactivo, debemos poder observar algunos indicios de su presencia y cierto grado de actividad.

Observar el centro de nuestra galaxia es imposible en luz visible, pues ésta no puede atravesar la gruesa capa del polvo concentrado en el plano de la galaxia. Sin embargo, la luz infrarroja y las ondas de radio nos permiten 'ver' muy cerca del núcleo.

En el núcleo de nuestra galaxia hay una fuente de radio llamada Sagitario A (Figura 22) y una potente fuente infrarroja. Las observaciones infrarrojas indican que por lo menos dos millones de estrellas se encuentran concentradas en unradio de tres años luz (en comparación, no existe ninguna estrella a tres años luz de distancia alrededor del Sol). Además, se han detectado en esa misma región grandes nubes de gas cuyo movimiento indica que giran alrededor de un objeto cuya masa es de cinco millones de masas solares y cuyas dimensiones son aproximadamente las del Sistema Solar. Desde luego, las características descritas hacen pensar en un agujero negro. Además, de observaciones de radio se detecta la presencia de arcos y filamentos de gas eyectado por el núcleo en dirección perpendicular al plano de la galaxia: una especie de 'minichorros'.

Estas manifestaciones de actividad y la emisión de radiación no térmica del núcleo de la galaxia son tan débiles comparadas con lo que llamamos núcleos activos, que no sería posible detectarlas en otra galaxia, ni siquiera en nuestra vecina Andrómeda. Sin embargo, en mayor o menor grado, la presencia del agujero negro se debe hacer sentir en los núcleos de todas las otras galaxias.

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Figura 55. Imagen digitalizada de CCD que muestra el detalle del puente que une a NGC 4319 y Markarian 205. La línea delgada que los une es espuria (efecto del CCD), pero el halo circundante es real.

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Figura 56. Imagen digitalizada de la cadena de galaxias conocida como VVI72. La galaxia señalada con la flecha tiene un corrimiento al rojo discordante con el de las otras cuatro. Sin embargo, el grupo parece envuelto por un lado común.

Sin embargo, todos sabemos que dos objetos que se ven juntos en el cielo no necesariamente están cerca; uno de ellos puede ser un objeto más distante que se ve proyectado, en el plano del cielo, al lado del otro. Pero, squé podemos decir del aparente puente que une a NGC 4319 y Markarian 205? En realidad, hay algunas explicaciones posibles: puede tratarse de la proyección de un brazo de la galaxia espiral (Figura 57). Puede ser un pequeño brazo o una protuberancia de lagalaxia que por casualidad apunta en dirección al cuasar. Puede ser un tercer objeto, una galaxia de fondo que se interpone entre ambos. Arp ha insistido mucho en que la probabilidad de que el azar determine dichas proyecciones para todos los ejemplos que ha acumulado, es muy baja. Aunque los ejemplos de Arp son estimulantes, a través de los años se ha ido quedando solo. La razón es que la evidencia a favor de que los cuasares se encuentran a distancias cosmológicas es cada vez más abrumadora.

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Figura 57. sEs la Markarian 205 realmente compañera de NGC 4319? En (a) la galaxia y el cuasar se encuentran a la misma distancia, pero no podemos excluir la posibilidad (b), en que el cuasar está mucho más distante y se ve proyectado junto a la galaxia. La proyección de uno de los brazos espirales de la galaxia podría producir el efecto del puente.

Probablemente el argumento de mayor peso sea la relación, cada vez más clara, entre los cuasares y los núcleos de las galaxias. En el caso de las galaxias, está fuera de duda que el corrimiento al rojo se debe al efecto Doppler producido por la expansión del Universo. También está fuera de duda que las galaxias obedecen la ley de Hubble —a mayor velocidad de recesión, mayor distancia— pues para muchas galaxias se puede determinar la distancia por métodos independientes del corrimiento al rojo y verificar esta distancia con la que se obtiene del corrimiento. Si los cuasares representan el caso extremo —más energético— de actividad en el núcleo de una galaxia, entonces, en otrosaspectos, como su velocidad de recesión, representan también una continuidad.

Por otra parte, existen contraejemplos concretos a los casos de Arp: cuasares asociados a cúmulos distantes de galaxias, y gracias a los detectores CCD, se han logrado obtener imágenes de galaxias con corrimientos al rojo mayores de tres (Z ≥ 3), asociados a cuasares con el mismo corrimiento (Figura 58).

Existe un último argumento a favor de las distancias cosmológicas de los cuasares. Es el hecho de que las galaxias puedan producir imágenes de cuasares distantes actuando como lentes gravitacionales.

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Figura 58. El cuasar PKS 1614+051 y la galaxia marcada con la letra 'A' tienen el mismo corrimiento al rojo: Z=3.215.

2. LENTES GRAVITACIONALES

Einstein predijo que la gravedad del Sol debía deflectar los rayos luminosos de una estrella que pasase rozando el borde del Sol, por un ángulo de 1.75 segundos de arco.

Durante un eclipse total de Sol, podemos observar la posición de una estrella muy cercana al disco solar. Si la comparamos con la posición de esta misma estrella de noche, cuando su luz no es deflectada al pasar cerca del Sol, podemos medir el efecto de la deflexión gravitacional de los rayos luminosos. El efecto predicho por Einstein ha sido comprobado en múltiples ocasiones con gran exactitud. En este ejemplo, el Sol funciona como una lente gravitacional, pues análogamente a lo que hace una lente común —óptica—, deflecta los rayos de luz (Figura 59).

Aunque la teoría es bastante máscomplicada, muchos de los efectos que predice la óptica gravitacional son similares a los de la óptica ordinaria. La diferencia estriba en la manera como las diferentes lentes doblan los rayos de luz. Según la teoría general de la relatividad, la distorsión —curvatura— del espacio-tiempo alrededor de un cuerpo masivo producirá una deflexión de los rayos de luz con un ángulo directamente proporcional a la masa del objeto lente, e inversamente proporcional a la distancia a la que pasan los rayos del objeto lente.

Una pregunta sumamente interesante que surge en este contexto es: spuede una lente gravitacional producir imágenes como una lente óptica? En 1936, el mismo Einstein demostró que, en principio, una estrella podría enfocar la luz de otra mucho más distante. Sin embargo, al desarrollar el detalle d
Mencionaremos dos casos más. El primero es el de Virgo A (M 87), que nos es ya una radiogalaxia familiar. Varios grupos de astrónomos han encontrado, independientemente, que la concentración de estrellas y su velocidad aumentan fuertemente hacia el centro de la galaxia (Figura 53). El análisis de las observaciones implica la presencia de un objeto extremadamente compacto de 500 millones de veces la masa del Sol.

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Figura 53. En la gráfica se muestra la distribución de la luminosidad en función de la distancia al centro dela galaxia M 87. Cada punto representa una medida. La curva punteada corresponde a un modelo estándar de galaxia elíptica. La curva sólida, que se ajusta perfectamente a las observaciones, corresponde al modelo estándar más un agujero negro de masa 500 millones de veces la masa solar en el centro.

El segundo caso es el del objeto tipo BL Lac llamado OJ 287. En 1985, un grupo de astrónomos mexicanos y, simultáneamente, un grupo de astrónomos finlandeses, descubrimos una variabilidad en el brillo de este objeto que se producía periódicamente cada 20 minutos. Desde hacía ya varios años, se había estado buscando este tipo de comportamiento como una de las evidencias observacionales más directas de la existencia de un agujero negro. La razón es que, para que podamos ver una variación regular de la luz del núcleo, cualquiera que sea el proceso que origina dicha variación, este proceso debe darse siempre en el mismo lugar, y el periodo delimita las dimensiones de dicho lugar. En este caso particular, si el aumento de brillo se repite regularmente cada 20 minutos, algo sucede periódicamente en un espacio físico de 20 minutos luz (aproximadamente la distancia del Sol a Marte). Estas dimensiones tan reducidas sólo pueden corresponder al diámetro del borde interior del disco de acreción alrededor de un agujero negro.

Nuestra interpretación es que estamos viendo una o varias de las manchas calientes —o zonas de choque— producidas por el material chocado en el borde interno del disco (Figura 49). Estas manchas aparecen y seocultan, periódicamente, al ser eclipsadas por el disco mismo (recordemos que, por lo menos cerca del agujero negro, el disco se infla y tiene un grosor apreciable). Hemos calculado que para poder ver este 'eclipse de manchas', el ángulo entre el eje de rotación del disco y la línea visual debe ser muy pequeño: 11 grados. Esto concuerda con la idea de que, en los objetos tipo BL Lac, estamos observando el chorro y el agujero negro casi de frente.

El grupo finlandés, a partir de observaciones de radio, llegó a una conclusión similar. Las observaciones han sido confirmadas recientemente por un grupo de radioastrónomos hindúes.