Qué es un cuásar: el objeto más brillante del universo

El objeto más luminoso que hemos encontrado en el universo se llama J0529-4351, brilla 500 billones de veces más que el Sol y se alimenta engullendo una masa solar cada día. Aparecía en fotografías de archivo desde 1980, y durante cuarenta y cuatro años nadie se dio cuenta: en las placas parecía una estrella cualquiera. Esto es qué es un cuásar y por qué son las máquinas más eficientes que existen.

Qué es un cuásar, en una frase

Un cuásar es el núcleo de una galaxia iluminado por un agujero negro que está comiendo. Nada más, y nada menos. El nombre viene de quasi-stellar radio source, «fuente de radio casi estelar», y es un fósil lingüístico de cuando no se sabía qué eran: en las fotografías aparecían como puntos, igual que las estrellas, pero emitían ondas de radio que ninguna estrella emite.

La confusión clave que conviene deshacer desde el principio: la luz de un cuásar no sale del agujero negro. De ahí no sale nada, por definición. Sale del disco de acreción, el remolino de gas que orbita justo por fuera del horizonte a velocidades cercanas a la de la luz, se comprime, se frota consigo mismo y se calienta hasta cientos de miles de grados. Ese disco es lo que brilla, y brilla tanto que puede eclipsar a los cientos de miles de millones de estrellas de su propia galaxia.

Los cuásares son la variedad más extrema de las galaxias activas, la familia que incluye también a blazares y radiogalaxias. Lo que las distingue no es el tipo de motor, que es el mismo en todas, sino la potencia y el ángulo desde el que las miramos.

El motor más eficiente que conocemos

Aquí está el dato que cambia la forma de entenderlos. Cuando pensamos en «energía brutal» pensamos en fusión nuclear, la de las estrellas y las bombas de hidrógeno. Pues la fusión es un método mediocre comparado con dejar caer materia hacia un agujero negro.

Léelo despacio: un agujero negro en rotación rápida puede convertir en luz hasta el 42% de todo lo que se traga, unas sesenta veces más de lo que consigue la fusión estelar. Por eso un solo objeto del tamaño de un sistema solar puede brillar más que una galaxia entera. Y por eso, aunque un cuásar parezca un derroche, en realidad es lo contrario: es la forma más rentable conocida de convertir materia en energía.

El récord: un Sol al día durante miles de millones de años

El 19 de febrero de 2024, un equipo dirigido por Christian Wolf, de la Universidad Nacional Australiana, publicó en Nature Astronomy la identificación de J0529-4351, en la constelación austral del Pintor, a unos 12.000 millones de años luz.

Sus cifras cuesta escribirlas sin repetir ceros. El agujero negro central tiene unos 17.000 millones de masas solares, unas 4.000 veces el de nuestra galaxia. Devora el equivalente a un Sol entero cada día. Y su disco de acreción mide siete años luz de diámetro: si lo pusieras en el lugar del Sol, su borde exterior quedaría más allá de la estrella más cercana a nosotros. Es, hasta donde sabemos, el disco de acreción más grande del universo.

Lo mejor de la historia es cómo se encontró. El objeto llevaba en imágenes de archivo del Observatorio Europeo Austral desde 1980, catalogado como una estrella más. Los buscadores automáticos que rastrean cuásares en los grandes catálogos lo descartaron precisamente por ser demasiado brillante: los algoritmos estaban entrenados para no aceptar candidatos con luminosidades imposibles, así que un objeto récord es exactamente lo que un filtro así tira a la basura. Hizo falta mirarlo con el Very Large Telescope para confirmarlo.

Los chorros: materia disparada a casi la velocidad de la luz

No todo el gas cae. Una parte es expulsada por los polos del agujero negro en dos chorros relativistas, columnas estrechísimas de plasma que salen a velocidades muy próximas a la de la luz. El mecanismo no está cerrado del todo, pero la explicación mayoritaria implica al campo magnético del disco, retorcido por la rotación hasta formar una especie de tornillo que canaliza el material hacia fuera.

La escala es difícil de digerir. El chorro de M87, la galaxia cuyo agujero negro central fue el primero que conseguimos fotografiar, se extiende 5.000 años luz, y hay chorros de radiogalaxias que superan el millón. Esas columnas emiten sobre todo en radio y en rayos X, no en luz visible, así que buena parte de lo que sabemos de los cuásares se ve en longitudes de onda que nuestros ojos no captan.

Y ahí está la conexión con las galaxias. Esos chorros y los vientos del disco calientan y expulsan el gas frío de la galaxia anfitriona, que es la materia prima con la que se fabrican estrellas nuevas. Un cuásar encendido es, en la práctica, un mecanismo que apaga la formación estelar a su alrededor. Se le llama retroalimentación, y explica por qué la masa del agujero negro central y la de la galaxia que lo rodea están tan bien correlacionadas: crecieron regulándose mutuamente.

Por qué casi todos están lejísimos

Se conocen ya más de un millón de cuásares, y una peculiaridad salta a la vista: están concentrados en el universo lejano. Como la luz tarda en llegar, mirar lejos es mirar hacia atrás en el tiempo, así que eso significa que los cuásares fueron un fenómeno del pasado. Su época dorada se sitúa hace unos 10.000 millones de años, y desde entonces han ido apagándose.

La razón es de logística: se quedaron sin comida. Un cuásar necesita que le llegue gas al centro en cantidades enormes y de forma sostenida, y eso ocurría cuando las galaxias eran jóvenes, estaban repletas de gas frío y chocaban entre sí constantemente, porque una fusión galáctica desestabiliza el gas y lo precipita hacia el núcleo. Hoy el universo está más vacío y más ordenado, y los agujeros negros supermasivos se han quedado casi todos a dieta.

El nuestro incluido. Sagitario A*, con sus 4,3 millones de masas solares, es un agujero negro perfectamente capaz de encender un cuásar, y sin embargo está prácticamente inactivo: consume una cantidad de materia ridícula. La diferencia entre él y J0529-4351 no está en la naturaleza del objeto, sino en cuánto tiene para comer. Puedes verlo también en los agujeros negros dormidos que tenemos más cerca: mismos objetos, cero luz.

Cómo se descubrieron: el corrimiento al rojo imposible

A finales de los años cincuenta, los radiotelescopios empezaron a detectar fuentes potentes de ondas de radio que, al buscarlas en el cielo visible, correspondían a puntitos indistinguibles de estrellas. Sus espectros eran un galimatías: líneas donde no debía haberlas, sin corresponder a ningún elemento conocido.

En 1963, el astrónomo neerlandés Maarten Schmidt resolvió el enigma con el objeto 3C 273. Las líneas sí eran de hidrógeno, pero estaban desplazadas hacia el rojo una barbaridad, un 16%. Aplicando la expansión del universo, eso situaba al objeto a 2.400 millones de años luz. Y si estaba tan lejos y aun así se veía tan bien, su luminosidad real tenía que ser descomunal.

3C 273 sigue siendo el cuásar más brillante del cielo tal como lo vemos, con una magnitud aparente en torno a 12,9. Eso significa algo que casi nadie cuenta: con un telescopio de aficionado de unos 20 centímetros de apertura y una noche oscura, puedes ver con tus propios ojos un objeto situado a 2.400 millones de años luz. Es, con diferencia, lo más lejano que un ojo humano puede alcanzar.

Un cuásar no es un púlsar

Los dos nombres se confunden constantemente porque suenan parecido y se descubrieron en la misma década, pero no tienen nada que ver. Un púlsar es una estrella de neutrones en rotación: el cadáver de una estrella masiva, de unos 20 kilómetros de diámetro y una o dos masas solares, que barre el espacio con un haz de radio como un faro. Están dentro de nuestra galaxia, a distancias de cientos o miles de años luz.

Un cuásar es un agujero negro de millones o miles de millones de masas solares en el centro de una galaxia entera, a miles de millones de años luz. Uno es un objeto compacto y local; el otro, el corazón encendido de una galaxia remota. Lo único que comparten es que ambos emiten en radio y que ambos desconcertaron a quienes los detectaron por primera vez.

Lo que todavía no sabemos

El problema más serio es de cronología. El telescopio James Webb y los grandes rastreos han encontrado cuásares con agujeros negros de mil millones de masas solares cuando el universo tenía menos de 700 millones de años. Con los ritmos de crecimiento que permite la física conocida, no da tiempo a engordar tanto desde una semilla estelar normal. O empezaron con semillas mucho más gordas, formadas por colapso directo de nubes de gas, o crecieron a un ritmo que supera los límites teóricos. Nadie ha cerrado el debate.

Tampoco entendemos bien cómo se lanzan y se mantienen colimados los chorros a lo largo de millones de años luz, ni exactamente qué fracción del gas cae y qué fracción sale despedida. Y sobre el origen de los agujeros negros supermasivos hay más hipótesis que datos.

Lo que sí está claro es que los cuásares dejaron de ser una curiosidad para convertirse en herramienta: como son faros visibles a distancias enormes, se usan para medir la expansión del universo y para radiografiar el gas intergaláctico que su luz atraviesa por el camino. Si quieres el fundamento, empieza por qué es un agujero negro y sigue por el resto de la sección.