Origen de los Cuasares y Pulsares Historia de su Descubrimiento



Origen de los Cuasares y Pulsares – Historia de su Descubrimiento

un paseo por el universo

UN POCO DE HISTORIA…

En la investigación astronómica, el descubrimiento de nuevos tipos de estrellas es análogo al descubrimiento de nuevos tipos de partículas en la física atómica. La radioastronomía reveló la existencia de discretas fuentes de radio en el universo, y en 1960, en Estados Unidos, A.R. Sandage consiguió un importante adelanto al identificar una de estas fuentes con un objeto tenuemente visible mediante un telescopio óptico. Era el primero de los quásars fuentes pequeñas pero sumamente energéticas, caracterizadas por una peculiaridad en sus espectros que indica que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz.

En 1967, Anthony Hewish y Jocelyn Bell descubrieron el primer pulsar, otra fuente de ondas de radio que fluctúa periódicamente. Por un momento, pensaron que podían proceder de alguna forma distante de vida inteligente que trataba de comunicarse, pero esta posibilidad fue descartada cuando se descubrieron otros ejemplos del mismo fenómeno.

La frecuencia de las ondas de radio de los pulsares varía entre unas pocas centésimas de segundo y alrededor de cuatro segundos. Al parecer, los pulsare son estrellas neutrónicas colapsadas, es decir, objetos originalmente masivos donde la materia ha llegado a concentrarse tanto que los electrones y los protones se han unido para formar neutrones.

Probablemente, no tienen más de unos pocos kilómetros de diámetro, y la pulsación se debe aparentemente a su rápida rotación, del mismo modo que la cabeza giratoria de un faro produce un haz de luz a intervalos regulares en todas direcciones.

DESCUBRIMIENTO DE LOS PÚLSARES: Las estrellas de neutrones son tan diminutas que su existencia, predicha en 1934 por Fritz Zwicky y Walter Baade, no se confirmó hasta 1967. La persona que llevó a cabo la confirmación fue Jocelyn Bell, una estudiante graduada de veinticuatro años que trabajaba con Antony Hewish en la Universidad de Cambridge. Una de sus obligaciones era ayudar a construir una antena gigante de radio: un terreno de unas 2,5 hectáreas cubierto de puntiagudas antenas unidas por innumerables alambres extendidos paralelamente al suelo.

Conforme la Tierra gira sobre su eje, las antenas van recogiendo en rollos de papel de casi 150 metros de longitud las ondas de radio que llegan del espacio. La tarea de Bell —en todos los pormenores tan aburrida como la de Clyde Tombaugh cuando descubrió Plutón— consistía en revisar todas las señales que aparecían en los rollos de papel.

En noviembre de 1967, alrededor de un mes después de haberse completado el telescopio, Bell descubrió en una cinta «un poco de desaliño». Repasando los largos rollos de papel, encontró los mismos garabatos con aspecto de electrocardiogramas repetidas veces y procedentes de la misma parte del cielo. Se puso en contacto con Hewish. Antes de transcurrir un mes reapareció el rasgo.

Tenía una pulsación tan exacta que se registraba cada 1,3373011 segundos. Ninguna estrella conocida podía transmitir un latido tan monótono. Era tan regular, tan mecánico, que no parecía natural. Tal vez no lo fuese. En reconocimiento de tal posibilidad la fuente de radio no identificada fue denominada LGM (por Little Green Men, hombrecillos verdes). «La verdad es que no creíamos haber captado señales de otra civilización», recordaba más tarde Bell, «pero a todas luces la idea nos había pasado por la cabeza y no teníamos ninguna prueba de que fuese una emisión de radio absolutamente natural. El problema es interesante: si uno cree que quizás haya detectado vida en otro lugar del universo, ¿cómo anunciar los resultados de un modo responsable?».



El anuncio no hubo que hacerlo. Examinados kilómetros de papel, Bell descubrió señales similares en otros puntos del firmamento. Esto hacía pensar que el fenómeno era natural. «Era muy improbable que dos grupos de hombrecillos verdes hubieran elegido la misma inverosímil frecuencia y al mismo tiempo trataran de hacerse notar en el mismo planeta, en la Tierra», contaba ella. La teoría de los hombrecillos verdes se suprimió y los objetos fueron bautizados pulsares (por pulsating radio source, «fuentes pulsantes de radio»).

Thomas Gold, el científico nacido en Austria y vinculado a la hipótesis del Estado Estacionario, propuso que los pulsares y las estrellas de neutrones podrían ser el mismo animal. La idea —que ha sido aceptada— consiste en que, mientras se forman las estrellas de neutrones, inmediatamente después de explotar una supernova, el material estelar sería aplastado hasta reducirse a un pequeño volumen y los astros rotarían cada vez más deprisa, aumentando el campo magnético hasta convertirse esencialmente en un imán gigantesco.

De los polos magnéticos brotarían chorros de electrones, emitiéndose varias clases de radiaciones electromagnéticas, incluida luz visible. Al girar la estrella, esos chorros barrerían el cosmos muchas veces por segundo. Si se daba la casualidad de estar de cara a la Tierra, las estrellas rotantes irían encendiéndose y apagándose, encendiéndose y apagándose, encendiéndose y apagándose.

Y esto es exactamente lo que hacen los pulsares. Se caracterizan por unas pulsaciones claras y cronometradas con precisión, tan veloces —hasta una velocidad de 1.000 por segundo— que las grabaciones de estas ondas de radio son tan repetitivas como los disparos de una ametralladora.

Si los pulsares son en realidad estrellas de neutrones rotatorias, entonces debería ser posible encontrarlas arrellanadas entre los restos de las supernovas. La confirmación de esta posibilidad se halló en la nebulosa del Cangrejo, una amorfa mancha de luz situada en Taurus a la que puso nombre el astrónomo irlandés lord Rosse. Se sabe que la nebulosa del Cangrejo consiste en los restos de una supernova; ocupa el mismo lugar en que un astrólogo chino del siglo XI vio una «estrella invitada».

Y tiene, en el centro, un pulsar. Éste rota alrededor de su eje treinta y tres veces por segundo, y a cada pirueta lanza un rayo de ondas de radio y de luz que atraviesa el universo como el barrido gigantesco de un faro. Además, lo mismo que otros pulsares, va ralentizándose. Se espera que deje de emitir dentro de unos 10 millones de años.

Desde el descubrimiento del primer pulsar se han encontrado centenares de ellos y las personas que participaron en el descubrimiento original han sido premiadas por el hallazgo. Antony Hewish y su codirector del proyecto, Martin Ryle, ganaron el premio Nobel de física. Jocelyn Bell (ahora Burnell) no compartió el premio, aunque sí recibió muchísima publicidad, una buena parte de la que atraen las desafortunadas jóvenes científicas.

Años después recordaba que le habían hecho «preguntas relevantes como si era tan alta como la princesa Margarita (tenemos unas unidades de medida muy pintorescas en Gran Bretaña) y sobre cuántos novios había tenido a la vez». Después de su descubrimiento, aunque siguió trabajando de astrónoma, no continuó estudiando los pulsares. Pero su papel en el descubrimiento ha sido universalmente reconocido y su musical nombre está ligado desde ahora y para siempre al ritmo regular de las estrellas rotantes de neutrones.

Los quásares
En una fotografía, un quasar se presenta con una apariencia estelar: su imagen es similar a la de una estrella común46. Sin embargo, analizando detalladamente varios de estos objetos se pudo comprobar que pueden distinguirse ciertas peculiaridades a su alrededor <nebulosidades o «agregados»>, que los diferencian notablemente de las estrellas y que sugieren una estructura bastante más compleja. Su descubrimiento se debió a que los quásares son intensos emisores de radio ondas.

Sin embargo, luego pudo determinarse que también son fuentes de Rayos X, radiación ultravioleta, luz visible y también infrarroja; en otras palabras, la emisión de radiación de los quásares resulta intensa en todo el espectro electromagnético.



Pulsares

Pulsares

Fue en 1963 cuando M. Schmidt identificó por primera vez al quasar 3C273como el objeto más alejado entre todas las galaxias conocidas en ese entonces: los cálculos lo ubicaron a unos 2.000 millones de AL47. Posteriormente, se comprobó que el corrimiento al rojo de todos los quásares es mayor que el de las galaxias conocidas; por lo tanto, se encuentran más distantes que cualquiera de ellas.

Esta evidencia confirmaría que se trata de los objetos más lejanos del universo conocido. El quasar más alejado observado hasta 1992 es el designado como PC1158+4635 <en dirección de la constelación de Osa Mayor>; su distancia se ha estimado en los 10 mil millones de años luz. El débil brillo de los quásares indica, dada sus lejanías, que deben ser objetos extraordinariamente brillantes.

Se ha estimado que las dimensiones de los quásares probablemente no sean mayores que las del Sistema Solar, mientras que la radiación total que emiten excedería con creces a la que suministran más de 100.000 millones de estrellas juntas: se trataría de los objetos más luminosos del universo. Por otra parte, se especula que los quásares podrían representar un estado particular en el desarrollo y evolución de las galaxias: tal vez el de las primeras fases de su existencia como tales; el análisis de su emisión ha sugerido que el origen de la misma no es el resultado de la presencia de estrellas.

La intensa energía proveniente de los quásares parece deberse a procesos diferentes a los estelares: se trataría de radiación que no depende de la temperatura del cuerpo emisor.

Algo notable es que todos los quásares varían de brillo de manera completamente irregular, tanto en radio ondas como en la luz visible.

También se detectaron fuertes explosiones de Rayos X en los quásares; como ejemplo, en noviembre de 1989, el quásar PKS 0558-504 duplicó su radiación X en sólo 3 mi ñutos. La cantidad total de energía emitida entonces iguala a la que emite el Sol en alrededor de 1 millón de años. Como dijimos, sus brillos son muy débiles y para su identificación es necesario un cuidadoso análisis de sus espectros. Los desplazamientos de líneas observados en ellos, como en las galaxias, representan el corrimiento al rojo debido a la expansión del universo. Sin embargo, algunos astrónomos sugieren otra posibilidad y como evidencia se han detectado quásares cercanos a galaxias, aparentemente conectados físicamente entre sí, y ambos con corrimientos al rojo totalmente diferentes.

Un estudio detallado de posibles interacciones entre quásares y galaxias ha mostrado que esas conexiones parecen no existir y por lo tanto aquello que se observa es una simple coincidencia de alineación aparente, visible desde la Tierra Existen quásares peculiares, como el par de objetos conocidos como PHL 1222; este sistema doble es la única evidencia de dos quásares tan juntos uno del otro. El corrimiento al rojo de PHL 1222 indica una distancia del orden de los 12.000 millones de años luz y sus componentes tienen una separación de unos 100.000 años luz.

Las fotografías muestran que este doble quásar está rodeado por numerosos objetos débiles <posiblemente galaxias>; de ser así, ambos quásares se encontrarían formando parte de un cúmulo de galaxias. Una ciase particular de quásares son los objetos conocidos como BL Lacertae, originalmente considerados como estrellas variables. Estos astros presentan la curiosa propiedad de que en sus espectros no aparecen líneas; por lo tanto, no es posible medir su corrimiento al rojo, algo que dificulta enormemente la tarea de determinar sus distancias. Se considera que los BL Lacertae son quásares relativamente pequeños, ya que la variación de su luminosidad es rápida del orden de una a dos semanas>.

Indudablemente, debido a la distancia a la que se encuentran, los quásares son tal vez los objetos celestes más difíciles de estudiar. Y debe tenerse en cuenta que su lejanía es tanto espacial como temporal: hoy los vemos tal como eran hace miles de millones de años, cuando la luz que nos llega de ellos inició su largo viaje hacia la porción del espacio donde nosotros estamos.

Uno de los modelos cosmológicos más aceptados, sugiere que el universo tendría actualmente una edad cercana a los 15.000 millones de años; esto indicaría que los quásares más distantes son observados hoy, brillando tal como eran cuando el universo contaba aproximadamente, con solo unos 1.000 millones de años de edad Cuando se observan quásares, por lo tanto. los astrónomos pueden asegurar que con su observación están «retrocediendo’ en el tiempo hacia la época remota cuando el universo era cinco veces más pequeño que su tamaño actual; quásares más antiguos todavía parecen ser poco frecuentes, no sólo por ser más distantes sino también por ser más débiles.



Cuando se estudia cómo están distribuidos los quásares en el espacio, se halla que su número parece haberse reducido drásticamente con el transcurso del tiempo. En la época cuando el universo sólo tenía unos 2.000 millones de años de edad, los quásares parecen haber sido objetos mucho más abundantes de lo que son en la actualidad; aproximadamente, el máximo número de quásares se habría dado cuando el universo tenía un tercio de su dimensión actual.

Puede afirmarse entonces que en la era de los quásares <hace unos 11.000 millones de años> el objeto más cercano a la Vía Láctea habría estado a sólo 25 millones de años luz; por lo tanto, habría brillado como una estrella visible a simple vista. En aquel la época, los quásares habrían sido 1.000 veces más comunes que en la actualidad <en relación con las galaxias>.

La pregunta que surge entonces es ¿por qué desaparecieron los quásares? Y una posible explicación se relaciona con la disminución progresiva de su brillo, razón por la cual actualmente no serían visibles; es decir los quásares habrían evolucionado con el transcurso del tiempo. Un análisis de la distribución de los quásares a diferentes distancias podría ofrecer una explicación de lo que ha sucedido con ellos. El enigma sobre el origen de los quásares y su posterior desaparición es bastante singular y se supone íntimamente ligada con la evolución de las galaxias.

ALGO MAS SOBRE EL TEMA…

Poco a poco, como resultado de paciente estudio y observación, se van descubriendo algunos datos acerca  de la naturaleza de distintos o nuevos cuerpos celestes. Algunos de dichos astros han sido denominados radioemisores por tener la propiedad de emitir radiaciones. Se tenían entre las fuentes de energía más glandes que se conocen. En 1955, mientras efectuaba una serie de investigaciones en el campo de la radioastronomía, mi grupo de científicos localizó por primera vez algunos de estos radioemisores, con la ayuda de los radiotelescopios. Se trataba de puntos del espacio que emitían ondas electromagnéticas de gran intensidad.

Convencidos de que esos puntos no eran nebulosas, los investigadores empezaron a observarlos con telescopios ópticos, a fin de poder fotografiarlos. Descubrieron así que a los radioemisores más intensos correspondían puntos luminosos de color azul intenso. Esto los llevó a la conclusión de que en dichos puntos se originaban las ondas electromagnéticas detectadas.

Como los mencionados puntos luminosos se asemejaban a estrellas, se los llamó cuasares (quasars, en inglés). El nombre deriva de la expresión quasi stellar radio sources (radioemisores casi estelares). Más tarde, técnicas especiales permitieron llegar a conocer algunos aspectos de los cuasares.

El cuasar propiamente dicho es el radioemisor central, formado por una esfera gaseosa, semejante a nuestro Sol. Pero un cuasar típico tiene un diámetro unas mil veces mayor que el del Sol y una masa mil millones de veces superior. Poseen energía suficiente como para formar una galaxia entera.

La temperatura de la superficie del Sol es de 6.000 °C mientras que la de la superficie de un cuasar es de 300.000 °C. Cuanto más elevada es la temperatura de un cuerpo, tanto más azul es la luz que emite. Por eso la luz del Sol es blanca, mientras que la de los cuasares es azul.

El cuasar se encuentra rodeado por una laja de gran concentración de partículas, que emiten radiaciones y que giran en órbita en torno suyo, de la misma manera en que se observa en torno de la Tierra la magnetosfera que emite radiaciones. Las radiaciones del-, cuasar son más luminosas, de mayor frecuencia, y las órbitas que describen las partículas que la forman (electrones, protones y mesones) , son mucho mayores que las correspondientes a las que forman el cinturón de van Alien en torno de nuestro planeta.

Dichas partículas, girando a altas velocidades, emiten las ondas electromagnéticas responsables de la intensa radiación electromagnética emitida por los cuasares. Valiéndose de radiotelescopios se ha comprobado recientemente que las radioemisiones no provienen exactamente del cuasar, sino ‘de dos puntitos próximos a dicha faja de partículas situados a la derecha y a la izquierda del astro.

Durante mucho tiempo los astrónomos abrigaron dudas acerca de cómo clasificar a los cuasares. Se trataría, acaso, de astros relativamente pequeños, situados en el interior de nuestra galaxia? ¿O serían astros extraordinariamente grandes, pertenecientes a galaxias más alejadas? Con el correr del tiempo, se arribó a la conclusión de que la segunda hipótesis era la cierta.

Siempre que descubren un nuevo astro, los astrónomos procuran, en primer lugar, desarrollar una teoría que explique su probable estructura. Acto seguido, de acuerdo con esa teoría, intentan elaborar un modelo estructural del nuevo astro. Ese modelo servirá para explicar cómo se mantiene unida la materia que lo forma, por qué brilla o no, por qué emite radiaciones electromagnéticas.

Para los planetas, estrellas, nebulosas, galaxias y otros objetos celestes se han encontrado modelos estructurales con, relativa facilidad. Los cuasares, en cambio, presentaron desde su descubrimiento problemas estructurales de difícil solución.

Algunas características de los cuasares son muy semejantes a las de ciertas galaxias conocidas. En diversos puntos del espacio podemos observar galaxias reunidas en grupo, girando lentamente unas en torno de las otras. Normalmente, todo el grupo parece alejarse del observador de manera uniforme. En esos casos, todas las galaxias giran a la misma velocidad. Sin embargo, esa uniformidad puede ser rota: se han observado galaxias que se separan de sus grupos, desarrollando velocidades hasta diez veces superiores a las de las demás.

Este fenómeno contradice una hipótesis según la cual las galaxias deberían permanecer unidas entre sí. En ciertos casos se observaron varias galaxias separándose entre sí que, no obstante, se presentan envueltas en un halo luminoso: el gas de una única nebulosa.

Descubrimientos recientes han demostrado que los cuasares se comportan de manera más o menos parecida a como lo hacen esas galaxias que se separan de sus grupos. Los astrónomos tratan de encontrar ahora el porqué de esa curiosa semejanza.

Además de los cuasares, existen también otros tipos de radioemisores. Entre ellos figuran los pulsares (pulsars, en inglés) . Fueron descubiertos, entre 1967 y 1968, por radioastrónomos del Observatorio de Cambridge (Inglaterra). El nombre pulsar proviene de la expresión pulsating star (strella latiente) , que se empleó para designarlos por primera vez.

Contrariamente a lo que ocurre con los cuasares, esos astros son de pequeñas dimensiones, como puede comprobarse a través de la medición de la longitud de onda y período de las señales que emiten. Su tamaño equivaldría, según esas mediciones, al de un planeta o estrella de gran densidad (una estrella enana blanca, por ejemplo).

Debido a lo reciente de su descubrimiento, todavía no se sabe con seguridad cuál es la verdadera naturaleza de los pulsares. No se cree que sean planetas, porque se encuentran muy distantes de cualquier sistema planetario. El período de las señales que emiten es por demás corto; por eso, es improbable que sean estrellas enanas blancas que emiten señales de larga duración.

Algunas de sus características más conocidas indican la posibilidad de que estos objetos sean estrellas de neutrones. Los astrónomos ya cuentan con elementos de juicio que les permiten confirmar, aunque solamente en forma parcial, esta hipótesis.

El Tamaño del Universo

Fuente Consultada:
El Universo Para Curiosos Nancy Hathaway
Astronomía General Aspecto Global del Universo Feinstein-Tignanelli

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