Los cambios de BL Lacertae

En 1929 Cuno Hoffmeisler descubrió una estrella que sufría grandes cambios de brillo, clasificada entonces como estrella variable: su nombre era, simplemente, BL Lacertae (se encontraba en la constelación Lacerta, el lagarto). No podía imaginar por aquel entonces la exótica naturaleza de ese pequeño punto cambiante, y es que aún faltaba que la tecnología diese algunos pasos de gigante. Medio siglo después la radioastronomía se fue abriendo un hueco en los observatorios, y en 1968 se pudo comprobar que la estrella en cuestión producía una gran cantidad de ondas de radio, destacando del resto de estrellas. Poco después, con la mejora de los instrumentos ópticos, se vio cierta nebulosidad a su alrededor, llegando a la conclusión de que la estrella no era tal sino el núcleo de una lejana galaxia. Su elevado brillo, así como la alta emisión de ondas de radio, supuso un misterio durante un tiempo más, sorprendiendo a los astrónomos de todo el mundo cuando se reveló su verdadera naturaleza. Hoy en día los términos “quásar” o “blázar” resuenan por doquier, y fue precisamente BL Lacertae la que dio nombre a estos últimos.

Estos objetos se engloban dentro de las llamadas Galaxias de Núcleo Activo (AGN por sus siglas en inglés) y son un grupo de objetos muy particulares. Básicamente están formados por una galaxia en cuyo núcleo hay un agujero negro supermasivo: de las características de este último, así como de su orientación, dependerá el nombre que le demos al objeto en cuestión. En los quásares el agujero negro emite chorros de partículas de alta energía; las galaxias Seyfert son de naturaleza similar, pero en ellas la energía emitida es menor; por último, y centrándonos en el tema de hoy, un blázar es una galaxia con un agujero negro cuyo chorro de partículas, denominado jet, apunta directamente hacia el observador, de manera que quedamos deslumbrados por la energía desprendida. Podríamos decir que quásares y blázares son un mismo objeto cuya definición depende de la orientación de su agujero negro. En los blázares, por tanto, el chorro de energía golpea directamente nuestra retina. El año pasado estuvimos hablando de estos objetos con el pretexto de observar CTA-102, el blázar en Pegaso que aumentó súbitamente su brillo. Y aquí tenemos una importante característica de los blázares, algo que los hace incluso más exóticos, y son sus rápidos cambios de brillo. En BL Lacertae esta variabilidad es prodigiosa, de manera que su brillo puede variar entre la magnitud 12.5 y la 17 en intervalos de tiempo extremadamente cortos. De hecho, se han registrado cambios de hasta una magnitud en períodos de tiempo menores a una hora, lo cual da una idea de su comportamiento tan extremo. La gran variabilidad de es los blázares se debe a que su región emisora es muy pequeña, prácticamente limitada al disco de acreción. La luz se produce en forma de radiación sincrotón, debido a la gran velocidad que adquieren los electrones al salir disparados por las regiones polares. Éstos, al alcanzar una importante fracción de la velocidad de la luz en un intenso campo magnético, generan este tipo de radiación tan intensa. Además, cada cierto tiempo el agujero negro despedaza y engulle a alguna despistada estrella, produciendo un súbito y sorprendente aumento en su brillo habitual.

En el momento actual BL Lacertae permanece relativamente quiescente, brillando con una magnitud que ronda la 13, fácilmente visible con equipos de 30 cm de apertura. Basta con conocer su situación, en la débil y misteriosa Lacerta, el lagarto, con lo cual es una buena excusa para conocer un poco esta constelación. Podemos encontrarla a partir de 6 lacertae, una estrella de tipo espectral B y magnitud 4.5, saltando de estrella en estrella hasta dar con nuestra particular galaxia. La veremos como una estrella más, disfrazada en un campo relativamente pobre de estrellas. Se encuentra flanqueada por dos estrellas: una de ellas tiene una magnitud visual de 12.9, mientras que la otra alcanza la magnitud 14.2. Entre ellas brilla el peculiar blázar, con una intensidad similar a la primera, con lo cual podemos estimarla rondando la treceava magnitud. Es fascinante pensar en la naturaleza de lo que estamos viendo, así como en la distancia tan grande a la que está para que algo tan grande parezca tan pequeño.

 

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¿Qué es un blázar? O sobre cómo viajar en el tiempo (CTA-102)

La pasada noche del 7 de diciembre me encontraba con el Dobson montado y mirando al mar de nubes que, contra todo pronóstico, se había gestado sobre mi cabeza. Avanzaban rápidamente, ocultando intermitentemente la luna creciente, augurando un giro turbio a esa noche, que “iba” a ser casi perfecta. Para rematar la faena, la humedad condensó una fina película de agua sobre el telescopio, sobre la mesa y sobre el coche, que se congeló rápidamente, haciendo además que las estrellas aparecieran engrosadas… Pero sabía que esa noche podía ser la última que tenía para viajar más lejos de lo que lo había hecho jamás, así que apunté a Pegaso, muy cerca de la luna, y confié en poder atravesar las nubes que iban y venían.

Mi objetivo no era otro que CTA-102, un objeto para el que la palabra “descomunal” puede llegar a quedarse corta. Fue descubierto en la década de los sesenta como una misteriosa fuente de ondas de radio, y en su momento fue una de las grandes alarmas del SETI, proponiéndose como la señal de una avanzada civilización extraterrestre. Pocos años después se conoció su verdadera naturaleza, un cuásar que brillaba fuertemente en todas las longitudes de onda y que sufría pequeñas variaciones sin orden alguno. Hagamos un repaso del concepto de cuásar, que ya tratamos en esta entrada, en la que hablábamos del lejano 3C 273, en dirección a Virgo. Este cuásar se encontraba a 2.500 millones de años luz, distancia ampliamente superada por CTA-102, que reside a la impresionante distancia de 8.000 millones de años luz. Pensemos por un momento en la escala de la que estamos hablado… El universo se formó hace 13.700 millones de años, y el Telescopio Espacial Hubble ha observado galaxias situadas a 13.000 millones de años luz, tal como eran cuando el universo tenía 700 millones de años. Pues bien, los fotones de CTA-102 nos llegan desde 8.000 millones de años luz, por lo que se formaron cuando el universo tenía menos de la mitad de su edad actual. En ese momento la tierra no se había formado aún, y todavía quedaban 3.000 millones de años para que naciese nuestro sol.

blazar

Bueno, ya tenemos claro que CTA-102 está lejísimos, pero… ¿qué es realmente? Bueno, en términos técnicos es lo que conocemos como “blazar”. Un blazar, perteneciente a la categoría de Núcleos activos de galaxias (AGN), tiene la misma estructura que los cuásars o las galaxias Seyfert. De hecho, podríamos decir que son el mismo objeto, salvo que su orientación varía de unos a otros. Su estructura general está protagonizada por un agujero negro supermasivo en el centro, rodeado de un disco de acreción que despide radiación intensa, formado por toda la materia que gira atraída por el agujero negro. Alrededor de esta zona la galaxia huésped genera una importante emisión con líneas espectrales anchas (broad-line region) y, más allá, líneas estrechas (narrow-line region). La zona de líneas anchas está rodeada por un torus de material oscurecido, de manera que si vemos el objeto de perfil sólo apreciaremos líneas de emisión estrechas (galaxia Seyfert de tipo 2). Si, por el contrario, observamos desde un punto de vista más elevado, podremos ver ambas líneas de emisión, siendo categorizada como una galaxia Seyfert de tipo 1. Ahora bien, la mayoría de estos objetos comparten una característica bastante llamativa, la emisión de un jet polar, un chorro de partículas de alta energía que sale despedido en ambas direcciones. Estos jets contienen rayos gamma, ondas de radio, ondas visuales, en infrarrojo… Cubren todo el espectro conocido y pueden alcanzar tremendas distancias, siendo tan energéticos que incluso producen la separación de los protones y los electrones. Pues bien, cuando vemos este jet apuntando exactamente hacia nosotros decimos que el objeto en cuestión es un blázar. De ahí su gran variabilidad, porque el jet es un elemento sujeto a un gran dinamismo, variando rápidamente en función de la materia que el agujero negro “traga”… Sí, podemos decir que los aumentos en el brillo del jet, que apreciamos desde la tierra, no son sino un signo de que el agujero negro ha eructado en nuestra cara…

CTA-102 ya demostró una importante variabilidad desde su descubrimiento. Normalmente ronda la magnitud 17, aunque en 2012 tuvo un pico en su brillo, llegando a la magnitud 14. Sin embargo, desde el año 2015 comenzó a aumentar poco a poco su brillo, con débiles variaciones de décimas de magnitud, llegando a documentarse el 30 de noviembre una magnitud de 11.85, más de 5 magnitudes por encima de su brillo normal. Esto equivale a un aumento 100 veces mayor en su brillo original, haciendo que un objeto situado a 8.000 millones de años luz de distancia sea observable por un sencillo telescopio de 6 cm de apertura. Por tanto, es un momento único para asomarnos al pasado y al límite de lo finito, y para ello solo tenemos que apuntar a la constelación de Pegaso, muy cerca de su estrella Markab o alfa pegasi. Allí, saltando de estrella en estrella, podremos cazar a CTA-102. Observé al blázar aprovechando un claro entre las nubes, y la intensa luna oscurecía casi todas las estrellas de la zona, pero aun así conseguí distinguir un punto de luz donde debía estar el voraz agujero negro. Lo comparé con una cercana estrella de magnitud 12.9, y estimé para el blázar una magnitud de 13.2, aproximadamente. Brillaba tímidamente, luchando contra una capa fina de nubosidad, pero se dejaba entrever sin grandes dificultades. Al verlo sentí un cosquilleo en el estómago, al pensar en que esa luz llevaba viajando a través del espacio 8.000 millones de años, casi el doble de la vida de nuestro planeta. No sabemos cuántos días estará brillando CTA-102, ni siquiera si volverá a brillar pronto una vez que vuelva a apagarse, por eso tenemos que aprovechar estos días, aunque la luna no sea favorable: es nuestra oportunidad para viajar al pasado antes de que el agujero negro sacie su hambre y vuelva a descansar.

cta-102

El punto más lejano (3C 273)

La naturaleza del ser humano es preguntarse hasta dónde puede llegar, cuáles son los límites… El atleta intentará superar su tiempo constantemente, así como el agricultor tratará de obtener la mayor cosecha posible. De la misma manera, no es raro que nosotros nos preguntemos, con cierta lógica, hasta qué distancia podemos llegar con nuestros telescopios. Vemos estrellas a simple vista situadas desde decenas a varios miles de años, y todos hemos contemplado galaxias a través de diferentes instrumentos (e incluso a simple vista). La mayor parte de estas galaxias está a un segundo nivel de distancia, a millones de años luz, estando la mayoría de nuestros objetivos situados por debajo de los 200 o 300 millones de años luz. Siempre que pienso en estas enormes distancias me gusta imaginar una línea del tiempo desde el Big Bang, hace unos 13.700 millones de años, hasta nuestros días. Mentalmente, la divido en 14 porciones, cada una representando 1.000 millones de años, y sitúo en cada celda los principales acontecimientos. Cuando veo una galaxia, por ejemplo, a 300 millones de años luz, me voy a esta escala del tiempo y soy consciente de que la luz que salió de esas estrellas lo hizo hace un porcentaje respetable con respecto a la edad del universo. Hay que tener cuidado, claro está, de no confundir los años luz con la unidad de tiempo,  aunque se puedan relacionar rápidamente una vez entendidos.

Sin embargo, el límite de nuestros instrumentos no está a 300 millones de años luz. Es cierto que en instrumentos de pequeña abertura las galaxias más lejanas visibles estarían, como mucho, a esa distancia (y sólo se podrían ver las más brillantes), ampliándose progresivamente a medida que el tamaño del telescopio aumenta. Pero la pregunta no es cuál es la galaxia más lejana visible con un instrumento de aficionado, sino cuál es el objeto más lejano que podemos ver. ¿Hay entonces objetos más brillantes que las propias galaxias? En cierto modo, sí. Para visualizarlo centrémonos en la escala temporal situada en horizontal, como un camino de 14 metros de largo en cuyo extremo nos situamos nosotros y en el otro el comienzo de nuestro universo. La mayoría de galaxias visibles se sitúan en los primeros 50 cm, fácilmente alcanzables estirando nuestro brazo. Ahora es cuando debemos de dar un salto para alcanzar ese límite de pequeños instrumentos. Dejamos rápidamente atrás el primer metro, el segundo, y vamos a parar entre este último y el tercero. 2.443 millones de años luz de distancia es la respuesta a la pregunta que llevamos persiguiendo desde el principio. Si lo miramos en perspectiva, la luz salió de ese lugar cuando el universo tenía un 82% de su edad. Es decir, estamos viajando en el tiempo una quinta parte hacia el comienzo de todo. Últimamente hemos escuchado noticias de que el Hubble ha podido ver galaxias tal cual eran hace 13.000 millones de años. No está mal, entonces, poder acercarnos con un modesto telescopio a los 2.500 millones de años.

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Pero vamos a centrarnos ya en el objeto en cuestión. Se denomina 3C 273, y fue descubierto como una fuente de radio y catalogado con ese nombre en el “Third Cambridge Catalog of Radio Sources”, un catálogo con fuentes emisoras de radio publicado en 1959. Poco después se consiguió relacionar dicha emisión con una pequeña estrella que apenas llegaba a la magnitud 13, situada en la constelación de Virgo. No parecía ser una estrella corriente, ya que mostraba un espectro totalmente diferente a los ya conocidos. De hecho, compartía ese espectro característico con otras fuentes emisoras de radio distribuidas por todo el cielo. Fue en 1963 cuando el misterio no hizo más que aumentar. Se descubrió entonces que las líneas de emisión que tan extrañas parecían eran líneas de emisión de elementos conocidos, principalmente hidrógeno, pero tan desplazadas en la línea espectral hacia la izquierda que parecían ser totalmente diferentes. Ese desplazamiento al rojo o redshift ya se había descubierto previamente y utilizado por Edwin Hubble para demostrar que las galaxias eran objetos ajenos a la Vía Láctea. Pues bien, el gran desplazamiento al rojo que presentaba 3C 273 la situaba, sin precedentes en aquélla época, a unos 3.000 millones de años luz de distancia, alejándose de nosotros a 47.000 kilómetros por segundo (un 15% de la velocidad de la luz). Debía ser, por tanto, un objeto extremadamente brillante, mucho mayor que cualquier otro conocido hasta la fecha. Posteriormente se descubrió que muchas de esas fuentes de radio previamente catalogadas también se encontraban a distancias colosales, y pasaron a conocerse con el nombre de Quásar (derivado de “Quasi-stellar”)

Hoy ya hemos podido aprender bastante sobre ellos, aunque en algunos aspectos siguen siendo una incógnita. Los cuásares pertenecen a la categoría de Núcleos Activos de Galaxias (entre los que ya conocemos a las galaxias Seyfert, por ejemplo). Son, realmente, el núcleo de galaxias extremadamente lejanas, en cuyo interior reside un agujero negro con una masa gargantuesca, con un disco de materia (disco de acreción) rotando a su alrededor. Esta materia va cayendo hacia el agujero negro, atraída por la gravedad (o dejándose llevar por la deformación del espacio-tiempo producida por el agujero negro, ahora que tenemos evidencia de las ondas gravitacionales), alcanzando velocidades muy próximas a la luz, y gran parte de ella es despedida en todas direcciones en forma de energía electromagnética, abarcando desde ondas de radio hasta rayos gamma, pasando por la luz visible que nosotros podemos percibir.

Los cuásares, además, presentan una importante variabilidad de brillo que va desde unos días a varios años, y son sus períodos cortos de variación los indicadores de que su tamaño es extremadamente pequeño, de apenas un año luz. Para hacernos una idea, 3C 273 ocupa el tamaño de nuestro sistema solar, pero su masa es de 900 millones de soles. No hay equivalentes cerca de nuestra Vía Láctea. De hecho, si 3C 273 estuviera a 30 años luz de nosotros, brillaría tanto como el sol, impidiéndonos observar el cielo (realmente, si estuviera a 30 años luz de nosotros la radiación y la gravedad harían totalmente imposible la aparición de cualquier forma de vida en la Tierra).

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3C 273 tiene, además, un chorro o jet, visible en fotografías de larga exposición, formado por partículas que han sido eyectadas bruscamente desde el agujero negro. Una sustancia atraída por el quásar rotará cada vez más deprisa, y muchas de ellas “resbalarán” por su superficie en dirección a los polos (si no atraviesa el horizonte de sucesos tras el cual nada puede escapar), adquiriendo una velocidad aún mayor, saliendo disparadas hasta distancias colosales. De hecho, el jet de 3C 273 tiene la increíble longitud de 200.000 años luz, un tamaño bastante mayor que nuestra propia galaxia.

Ahora ya sabemos lo que buscamos. El brillante agujero negro que reside en el interior de una galaxia elíptica tan lejana que es invisible a grandes telescopios, eclipsada por el quásar que domina su centro. Su localización no es fácil, pudiendo buscarla a partir de c virginis, una estrella doble de magnitud 4.96 con su compañera de 11.60 brillando débilmente a una distancia de casi 140 segundos de arco. Saltaremos de estrella en estrella con ayuda de un atlas hasta llegar al Quásar en cuestión. Una vez lo tengamos a tiro, miraremos por el ocular y… no veremos nada. Bueno, realmente veremos varias estrellas de débil magnitud, destacando una de magnitud 10. Y allí, en el centro, está nuestro objetivo. Una de esas estrellas es 3C 273, brillando con una tímida magnitud de 12.9 y el tamaño aparente de una estrella. Por más aumentos que usemos su apariencia no cambiará, pero no resulta extraño si somos conscientes de la distancia que estamos contemplando Hagamos un ejercicio mental y coloquemos a esas estrellas que pueblan el campo a unos 100 años luz de distancia, 200 como mucho. Veamos ahora a 3C 273 como lo que es, un punto que brilla a 2.443.000 de años luz. Poniendo todas las cifras uno puede comparar con más facilidad, y si lo hacemos bien puede que sintamos algo similar al vértigo. Ese “punto” que tan fascinante puede llegar a ser es el resultado indirecto de uno de los agujeros negros más densos que vamos a poder contemplar por nuestro telescopio, una muestra de las enormes fuerzas que pueden reinar en el cosmos y que empalidecen a cualquier fenómeno que tengamos en nuestra vecindad galáctica. Es difícil ser conscientes plenamente de lo que estamos viendo, pero intentemos dejarnos llevar por ese débil punto. 3C 273 es un objeto que se ve con la mente, no sólo con los ojos, y nos permite viajar en el tiempo a una época en la que nuestro planeta, aún carente del oxígeno suficiente, estaba poblado por seres unicelulares que, poco a poco, empezarían a transformar nuestra atmósfera y a cambiar el curso de la evolución.

3C 273

3C 273 es tan sólo el más brillante de los quásares que conocemos, pero hay otros muchos de menor magnitud, accesibles a telescopios de mayor abertura. El límite de nuestro instrumento, por tanto, no tiene por qué restringirse a 2.500 millones de años luz, y sólo necesitaremos una noche bien oscura para poder viajar en el tiempo miles de millones de años atrás.