Observaciones realizadas desde La Palma permiten resolver el misterio de cómo se encienden los cuásares

Un equipo científico internacional, en el que participan las investigadoras del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) Cristina Ramos Almeida, Patricia Bessiere y Giovanna Speranza, ha descubierto que los cuásares, uno de los objetos más brillantes y energéticos del Universo, se encienden principalmente por fusiones entre galaxias. El hallazgo arroja nueva luz, tras años de controversia, sobre cuál es la causa de la emisión de grandes cantidades de energía en los núcleos activos más poderosos. Para la investigación se han utilizado observaciones realizadas con el Telescopio Isaac Newton (INT) y el Telescopio William Herschel (WHT) del Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma. El estudio se publica en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Descubiertos por primera vez hace 60 años, los cuásares pueden brillar tanto como un billón de estrellas concentradas en un volumen del tamaño de nuestro sistema solar. Desde su descubrimiento, el origen de los procesos que desencadenan una actividad tan poderosa ha sido un misterio. Ahora, un nuevo trabajo dirigido por personal científico de las universidades de Sheffield y Hertfordshire (Reino Unido), junto con investigadoras del IAC, ha revelado que son consecuencia de la fusión de galaxias.

La alta incidencia de fusiones en los cuásares se descubrió cuando el equipo de investigación observó, utilizando las capacidades de imagen profunda de la Cámara de Gran Campo del INT y la cámara PF-QHY del WHT, la presencia de estructuras distorsionadas de bajo brillo superficial en las regiones externas de las galaxias que albergan cuásares.

La mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. También contienen cantidades sustanciales de gas, pero la mayor parte del tiempo este gas orbita a grandes distancias de los centros de las galaxias, fuera del alcance de estos agujeros negros. Cuando dos galaxias se fusionan, las fuerzas gravitatorias impulsan el gas hacia el centro del sistema galáctico. Justo antes de que el gas sea consumido por el agujero negro de su núcleo, libera cantidades extraordinarias de energía en forma de radiación, lo que da lugar al brillo característico de los cuásares.

La ignición de un cuásar puede tener consecuencias dramáticas para galaxias enteras: puede expulsar el resto del gas de la galaxia, lo que impide que ésta forme nuevas estrellas durante miles de millones de años.

Es la primera vez que se observa una muestra de cuásares oscurecidos de este tamaño con un nivel de detalle tan elevado, gracias a la profundidad y calidad de las imágenes obtenidas en el Observatorio del Roque de Los Muchachos. Al comparar las observaciones de 48 cuásares y sus galaxias anfitrionas con imágenes de más de 100 galaxias no cuásares, el equipo científico llegó a la conclusión de que las galaxias que albergan cuásares tienen aproximadamente tres veces más probabilidades de estar interactuando o colisionando con otras galaxias. Esto implica que las fusiones entre galaxias son el principal mecanismo de encendido de la actividad tipo cuásar.

El estudio ha supuesto un importante paso adelante en la comprensión de cómo se desencadenan y alimentan estos poderosos objetos. En palabras de Clive Tadhunter, investigador de la Universidad de Sheffield que ha coliderado el estudio: “Los cuásares son uno de los fenómenos más extremos del Universo y es probable que lo que vemos represente el futuro de la Vía Láctea cuando colisione con la galaxia de Andrómeda dentro de unos cinco mil millones de años; es emocionante observar estos fenómenos y comprender por fin por qué se producen”.

“Los cuásares, son importantes para la astrofísica porque, debido a su brillo, destacan a grandes distancias y, por tanto, actúan como faros que muestran las épocas más tempranas de la historia del Universo”, afirma Jonny Pierce, investigador postdoctoral de la Universidad de Hertfordshire y primer autor del artículo.

“Averiguar cómo se encienden los cuásares es clave para entender la evolución de las galaxias, ya que estos tienen un impacto muy grande sobre el gas y las estrellas de las galaxias que los albergan”, destaca Cristina Ramos Almeida, investigadora del IAC que lidera el proyecto internacional QSOFEED del que forma parte este estudio y en el que también participan Patricia Bessiere y Giovanna Speranza, ambas investigadoras del IAC y coautoras del estudio. “Este proyecto busca entender cómo la energía y los vientos producidos por estos cuásares modifican las propiedades de la región central de las galaxias”, concluye.

Artículo: J. C. S. Pierce, C. Tadhunter, C. Ramos Almeida, P. Bessiere, J. V. Heaton, S. L. Ellison, G. Speranza, Y. Gordon, C. O’Dea, L. Grimmett and L. Makrygianni. “Galaxy interactions are the dominant trigger for local type 2 quasars”, MNRAS, 2023, stad455. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stad455