INTERACCIONES
Y COLISIONES ENTRE GALAXIAS
Al preguntarse los astrónomos de dónde puede el agujero negro central
aprovisionarse de tanto material para 'engullir' —una vez agotado el
gas normal del
núcleo galáctico—, varios han llevado este modelo más lejos, afirmando que un
cuasar solo puede formarse cuando ocurre una colisión de dos galaxias de masa
similar. Cada una de estas galaxias puede poseer ya un agujero negro central
(en cuyo caso se 'funden' en uno sólo con la suma de las masas de
cada uno de los preexistentes), o éste puede formarse en el proceso de la
colisión. En cualquiera de los casos, la colisión causa que una gran cantidad
de gas fluya hacia el núcleo de la nueva galaxia, 'encendiendo' un
cuasar. La idea de las colisiones de galaxias no es nueva; ya en los años
setenta se podían explicar varias morfologías peculiares como 'colas',
'puentes' y 'plumas' en galaxias por fenómenos de
interacción entre ellas, ya sea de manera directa (fusión de galaxias) o
indirecta (fuerzas de marea por encuentros cercanos). Un ejemplo típico es el
sistema conocido como
'la antena' en la constelación del Cuervo. En aquella época, las
simulaciones que se podían hacer en las computadoras, de la interacción
degalaxias, sólo tomaban en cuenta a las estrellas, no al gas. Esto era una
gran limitante. Cuando dos galaxias, cada una con cien mil millones de estrellas
chocan y se fusionan, no sucede gran cosa con las estrellas, pues las
distancias interestelares son tan enormes, que la mayoría de las estrellas ni
se tocan entre sí. Pero para hacer simulaciones que incluyan al gas, se
requieren supercomputadoras, y éstas han dado resultados sumamente
interesantes. El gas que llena los enormes volúmenes del
espacio interestelar, debido a la colisión, se aglutina en el centro de la galaxia remanente de la
fusión.
Recientemente se ha descubierto que los cuasares no sólo tienen gran cantidad
de gas, sino que lo tienen en forma molecular, es decir, de alta densidad
—además de que, como mencionamos arriba, cuando se logra detectar la galaxia
subyacente, ésta siempre presenta morfología perturbada. En este esquema, no cualquier
colisión de galaxias crea un cuasar, sino sólo aquellas en que ambas
progenitoras tengan mucho gas, preferentemente molecular. Así, el cuasar sería
la manifestación más extrema del proceso de fusión de galaxias. La evidencia
clave para confirmar esta idea vino de los descubrimientos hechos con el
satélite IRAS, que en 1983 detectó una serie de galaxias cuya luminosidad en el
infrarrojo (estamos hablando de longitudes de onda 12 a 100 micras) puede ser
incluso mayor que la luminosidad visual de los cuasares. Cuando dos galaxias
colisionan para detonar un cuasar, éste inicialmente estará oculto por una gran
cantidad degas y polvo que rodean al núcleo. El polvo absorbe la enorme
radiación del cuasar, lo que lo hace indetectable en longitudes de onda de luz
visible. Pero el polvo, al absorber esta radiación, se calienta y radia gran
cantidad de energía justamente en las longitudes de onda del infrarrojo que
mencionamos arriba. El satélite IRAS descubrió galaxias que emiten hasta el 90%
de su energía en el infrarrojo, y varias de ellas tienen luminosidades en estas
longitudes de onda de miles de millones de soles, es decir, como los cuasares.
Más aún, al examinar estas galaxias con imágenes en luz visible, se encuentra
que TODAS muestran morfologías de galaxias en colisión. El prototipo de estos
objetos es la galaxia conocida como ARP 220 (Figura 64).
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Figura 64. Imágenes de ARP 220. A la izquierda, desde la Tierra. A la derecha,
desde el telescopio espacial HUBBLE.
Al producirse la colisión, el enorme flujo de gas hacia el núcleo genera ondas
de compresión y de choque que producen enormes brotes de formación estelar. Las
estrellas más masivas del brote pierden gran cantidad de masa en forma de
fuertes vientos y evolucionan rápidamente hasta estallar como supernovas.
Después de algunos millones de años, estos eventos despejan el entorno del
cuasar 'enterrado' y la luz de éste empieza a verse. De hecho,
también se cree haber encontrado objetos en esta fase transitoria. La galaxia
MKN 231 es el prototipo de transición entre 'cuasar infrarrojo' y
cuasar visible. Emite el 90% de su energía en el infrarrojo; sin embargo,
yatiene claramente características de cuasar visible y su morfología refleja
indudablemente colisión de galaxias; además se le ha detectado una enorme
cantidad de gas molecular, requisito indispensable para detonar un cuasar.
Hay que decir que, como siempre, no todos los astrónomos que trabajan en este
tema están de acuerdo con todas estas ideas; algunos piensan que la interacción
de galaxias puede ser una condición suficiente, pero no necesaria, para formar
cuasares, es decir, que no todos los cuasares se forman así. Recientemente, se
ha logrado obtener imágenes muy profundas de varios cuasares con los
telescopios óptico-infrarrojos 'Keck' y el Franco-Canadiense, en
Hawaii. En aproximadamente el 90% de los casos, se ha detectado una galaxia
subyacente con morfología de interacción. Sin embargo, estas observaciones sólo
han sido posibles para los cuasares más brillantes. Por otro lado, algunos
astrónomos piensan que las galaxias superluminosas detectadas en el infrarrojo
por IRAS, si bien todas parecen ser producto de colisiones, no necesariamente
todas son 'protocuasares'. Se argumenta que la colisión puede generar
solamente un gigantesco brote de formación estelar en el centro, y este brote
puede explicar las propiedades observadas. Para dilucidar este punto, existe
una prueba crucial que deberá hacerse: si las galaxias infrarrojas son cuasares
disfrazados (o protocuasares) deben tener la misma distribución en su
corrimiento al rojo que los cuasares.
Se sabe que la gran mayoría de los cuasares tienen corrimientos alrojo entre Z
= 2 y Z = 3. El cuasar más lejano que se conoce al momento de escribir este
apéndice tiene un corrimiento al rojo dado por Z = 4.8. Es importante señalar
que cuando la luz de esos objetos fue emitida hace miles de millones de años
—que es lo que ha tardado en su viaje por el espacio hasta llegar a nosotros—,
el Universo era mucho más joven y estaba menos expandido. Por lo tanto, la
densidad de galaxias en un volumen dado del espacio era mucho mayor y,
consecuentemente, la probabilidad de colisión entre ellas era también mayor.
Esto explicaría, de paso, el hecho de que ya no se formen cuasares (no hay
cuasares cercanos); esto, junto con el hecho de que las galaxias actualmente no
tienen tanto gas como cuando acababan de formarse, pues lo han
'usado' para formar estrellas. El punto fundamental es averiguar si
la distribución de corrimientos al rojo de las galaxias infrarrojas es la misma
que la de los cuasares. Pero para esto debemos esperar a tener un mejor
telescopio infrarrojo que nos permita ver galaxias infrarrojas más lejanas.
Esto será factible a principios del próximo siglo, cuando se espera lanzar el
telescopio SIRTF (del inglés: Space Infrared Telescope Facility).
Una de las preguntas fundamentales en este campo es: qué tipo de procesos
físicos dominan la emisión observada en distintas frecuencias de los diversos
núcleos activos de galaxias (incluidos los cuasares). La hipótesis de trabajo
mayoritariamente admitida es que dependiendo de cuánto material tenga el
agujero negro a su disposición 'paraengullir', la energía de este
proceso (energía de origen gravitacional) dominará la emisión. Si el 'alimento
del monstruo' es menor, la emisión de origen gravitacional puede ser
comparable a la emisión de estrellas masivas y supernovas de un brote de
formación estelar circumnuclear, e incluso, para los núcleos menos energéticos,
a la de las estrellas, gas y polvo de toda la galaxia circundante. En la
mayoría de los casos, observamos una mezcla de estos procesos con
contribuciones distintas en distintos rangos de frecuencias. Uno de los grandes
retos de este campo es el de poder desentrañar el origen de todas las
contribuciones a la emisión de estos objetos. En este esquema, hay quienes
piensan que todas las galaxias tienen un agujero negro en su núcleo, incluida
la nuestra: la Vía Láctea. El 'monstruo' puede haber estado activo en
el pasado y muerto o moribundo por 'inanición' en el presente.
Existen ciertas evidencias de actividad nuclear en el centro de nuestra
galaxia, aunque son solo evidencias indirectas y no pruebas. En este caso, es
muy difícil detectar la actividad nuclear. Y en el otro extremo, el de los
objetos más activos, lo difícil es detectar la galaxia circundante.
Recientemente logramos ver, por primera vez, la galaxia circundante a un objeto
tipo BL Lac: el 'lagarto' OJ 287. Esta imagen fue obtenida en el
Observatorio Astronómico Nacional de México, en San Pedro Mártir, Baja
California, por Déborah Dultzin y Erika Benítez (Figura 65). En este caso se
estudió también la vecindad del lagarto, y se encontróevidencia de interacción
de galaxias, como en el caso de los cuasares.
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Figura 65. Esta imagen de OJ 287 y su entorno tiene un tiempo de exposición
equivalente a casi cinco horas ( en realidad se han sumado varias imágenes
digitales) y se ha procesado con técnicas especialmente desarrolladas para
realzar zonas de bajo brillo superficial. Se superponen contornos de
observaciones en radiofrecuencias. Es la primera vez que se ve estructura
subyacente a un objeto tipo BL Lac. Imagen del Observatorio Astronómico
Nacional, San Pedro Mártir, B.C. México.
Por último, respecto de este fascinante objeto OJ 287, mencionado con
anterioridad, recientemente se descubrió que también presenta estallidos de
brillo periódicos cada doce años. Su brillo durante estos eventos aumenta en
factores de miles de veces. El único modelo capaz de explicar este
comportamiento periódico, es el que supone la presencia de DOS agujeros negros
en el núcleo, girando uno alrededor del otro (o ambos alrededor del centro de
masa del sistema). Estos dos agujeros negros podrían reflejar el resultado de
la fusión de dos galaxias; la acción de marca entre ambos y sus discos de
acreción provocaría variaciones periódicas en la cantidad de acreción al mayor
de los agujeros negros. En el marco de este modelo, se predijo un estallido de
brillo para el invierno de 1994, y éste fue, en efecto, observado en el marco
de una colaboración internacional. De esta manera, vemos que todo encaja en el
marco de las interacciones entre galaxias como detonantes de actividadal mover
grandes cantidades de gas al núcleo para 'alimentar al monstruo' .
