Se sigue señalando que la Astronomía es una sola. Si bien en la práctica se habla y se trabaja en temas aparentemente variados, observaciones, teorías, análisis computacionales, etcétera, los resultados de todo esto convergen, y deben explicar de manera global los fenómenos en el Cosmos. En el presente las enormes posibilidades tecnológicas muestran tantos detalles, que es fácil olvidar la unidad de la naturaleza o bien olvidar la acertada actitud de considerar que las diferentes manifestaciones observadas son las piezas de un gran rompecabezas a ensamblar.
El esquema de Hubble: A grandes rasgos hay dos corrientes de estudio en las inquietudes que ocupan hoy en día las actividades de la mayoría de los astrónomos. Estas son: a) Procesos de la formación de las estrellas, a partir de nubes gaseosas y b) Procesos de la formación de las galaxias, a partir de masas primigenias de estrellas. Sabemos que el Universo esta lleno de masa y energía. Pero ni la masa en forma de estrellas, gas y polvo, ni la energía que les acompaña, están distribuidas uniformemente. Todo lo contrario, estas entidades se conglomeran en galaxias, unidades básicas en el cosmos. Las galaxias, a su vez, se aglomeran en cúmulos de galaxias y ahora se tiene la certeza de que existen supercúmulos, en forma de filamentos (strings) y espacios vacíos entre ellos.
Hace ya dos siglos William Herschel (1) y su hijo John, habían hecho un censo de los objetos nebulosos, en todo el cielo . A finales de la segunda década del presente siglo fue cuando se pudo tener la certeza de que la mayoría de estos objetos nebulosos, catalogados por los Herschel, eran sistemas estelares, islas “Universo”, vistas a través de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Los objetos restantes pertenecían a nuestra galaxia y resultaron ser o cúmulos estelares o nebulosas gaseosas .
La secuencia de Hubble (2)(3): A principios de los años 20 del siglo XX. E. Hubble junto con sus colaboradores, habían acumulado un acervo de fotografías de galaxias tomadas con los más grandes telescopios de esa época, de aproximadamente 100 pulgadas de diámetro del Observatorio de Mt. Wilson, en California. Pese a las variadas maneras en que se distribuye la luminosidad, o sea de sus formas, se notaba cierta similitud en sus grandes rasgos. Fue entonces cuando Hubble propuso su ya famosa clasificación de galaxias, la cual es una representación empírica; el esquema de Hubble es una especie de columna vertebral de la Astrofísica, pero ¡aún no ha sido interpretado!
La parte izquierda la secuencia es única y contiene sistemas estelares llamados galaxias elípticas, con distribución simétrica de brillo (y por lo tanto de masa) y con aplanamiento creciente al pasar de E0 a E7. Las estrellas de estos sistemas son intrínsecamente menos luminosas que las de las espirales y su contenido de material difuso de gas y polvo es insignificante. Las masas totales de las galaxias Elípticas cubren un rango amplio. Entre ellas se encuentran las que tienen mayor masa.
A partir de cierta secuencia las Espirales se dividen en dos: las espirales “normales” y las barradas . Las de barra son tan numerosas como las galaxias normales, y entre las dos la cifra alcanza el 65%. En las galaxias espirales el material difuso es de un 5% de la masa estelar, concentrado en el plano de simetría y está asociado a los brazos espirales.
Hubble advirtió claramente que la secuencia que presentaba era tan solo empírica y no evolutiva. Pero ante una variación progresiva de características morfológicas de las galaxias, a lo largo de la secuencia, los astrónomos estuvieron tentados a ver un sentido evolutivo en el esquema . Algunos propusieron que las galaxias evolucionaban de las Elipticas a las Espirales; otros sugerían que la evolución era de las Espirales hacia las Elipticas. Ni lo uno ni lo otro es la verdad: las galaxias parecen tener la misma edad a pesar de las diferentes formas (2,3).
Por qué existen los diferentes tipos de galaxias?: El que existan diferentes tipos de galaxias ha sido uno de los problemas fundamentales de la astronomía en todos los tiempos. Existen diversas teorías y algunos proponen que el ambiente donde se encuentran las galaxias afecta el curso de la evolución; otros sugieren que el encuentro con otras galaxias puede afectar el curso evolutivo de una galaxia pero si bien los encuentros entre galaxias no son probables , las formas tan simétricas que éstas tienen no se pueden explicar como “accidentes” cósmicos. Es altamente probable que la masa total primordial de una galaxia haya permanecido constante (o casi constante), a lo largo de su evolución. De aquí proviene la importancia de estimar la masa total de una galaxia. Tal estimación se basa en consideraciones dinámicas y es más confiable para las espirales llamadas normales que para las de barra. En todo caso, se supone que las galaxias están en estado estacionario, y que, en las espirales, la fuerza gravitacional interior a un punto es igual a la fuerza centrífuga, debido a la rotación alrededor del centro de la galaxia. Los datos que se han obtenido por observación o son velocidades radiales medidas con líneas espectrales ópticas, en general de emisión, o bien de radio ondas con la línea λ = 21 cm del hidrógeno neutro. De esta manera se han determinado las masas de unos miles de galaxias espirales.
La energía rotacional de una galaxia (6,7) puede ser otro parámetro primigenio. Cabe mencionar que se ha encontrado una relación estadística entre el momento angular por unidad de masa y la masa total de los objetos celestes, como lo son los cúmulos estelares, galaxias y cúmulos de galaxias (Brosche 1973; Carrasco et al., 1982)(8,9). A mayor masa total, mayor es el momento angular por unidad de masa. En cuanto a campos magnéticos es preciso aclarar que aún no los conocemos satisfactoriamente. La fuerza es del orden de 1025 gauss como máximo. Las fuerzas magnéticas iniciales deben haber sufrido serias alteraciones, en especial durante la formación de las estrellas dentro de la nube galáctica. Resumiendo podemos afirmar que la secuencia de Hubble, empírica por excelencia, no se ha podido interpretar hasta la fecha y que constituye un problema fundamental.
Actividad de los núcleos galácticos: Creemos que las galaxias cercanas que observamos en el presente han alcanzado un estado estacionario y que los movimientos de sus estrellas y nubes interestelares son de rotación en torno a su eje de simetría, con cierta dispersión alrededor de la velocidad promedio de rotación. En el estado estacionario no deben existir movimientos radiales del centro hacia afuera (o hacia dentro), pero actualmente se sabe que existen expulsiones de los núcleos de algunas galaxias.
Algunos indicios de la actividad en los núcleos aparecieron a principios de los años 40. Carl Seyfert (1943) (4) en el Observatorio de Mt. Wilson, seleccionó y observó galaxias espirales con núcleos muy brillantes. Seyfert interpretó sus datos correctamente, como evidencia de la expulsión de gases ionizados del núcleo galáctico, teniendo velocidades entre 102 y 104 kilómetros por segundo. Este tipo de galaxias se catalogó bajo el nombre de Seyfert 1 y Seyfert 2.
A principios de los 60, con el uso de un novedoso intensificador de imágenes, M. Walker pudo analizar con más detalle los espectros de los núcleos de algunas galaxias, incluyendo las Seyferts.
Encontró evidencia de que el material que el núcleo eyecta está en forma de nubes. En los años siguientes se han encontrado y analizado otras galaxias Seyfert, confirmando así el modelo de expulsión de nubes discretas de los núcleos activos.
La era de los cuásares: El descubrimiento de los cuásares dio gran impulso al estudio de fenómenos no estacionarios en el cosmos. Los cuásares son objetos cuasi estelares (en esencia son galaxias) lejanos; algunos de ellos de los confines del universo conocido. Estos se caracterizan por la exuberante energía radiada que es de 102 o 103 veces la que emite una galaxia promedio del esquema de Hubble. Es importante señalar que al borde del universo alcanzado por los astrónomos, una galaxia (o cuásar), se ve como era hace 13,5 × 109 años atrás, o sea, en su “¿juventud?”.
Núcleos activos de las galaxias: (AGN) en la últimas décadas , se han registrado grandes avances en el estudio de los que se designa con la sigla AGN: (Active Galactic Nuclei), principalmente por medio de radio-ondas unido a medios ópticos convencionales. Bajo AGN se suelen agrupar los cuásares, las radio- galaxias, y las galaxias Seyfert 1 y 2. Esta es una secuencia de energía o potencia total. Los más energéticos y altamente activos son los cuásares (objetos cuasi estelares y compactos). A partir de los cuásares la energía total de la secuencia de las AGN, disminuye hasta llegar a los Seyfert 2.
Núcleos levemente activos (MAGN): (Pishmish 1986)(11), señalo anteriormente que la actividad puede darse, aunque con energía relativamente leve, en galaxias aparentemente más normales que los Seyferts, y que el estudio de las manifestaciones en los núcleos galácticos debe extenderse hasta los núcleos más débiles . Los MAGN están en nuestras cercanías y ofrecen la ventaja de poderlas estudiar en detalle, tanto su morfología como su dinámica. Un modelo propuesto para explicar las observaciones de las MAGN, puede extrapolarse para servir en la confección de modelos más realistas, aplicables a los AGN, las cuales por ser lejanas no se pueden observar detalladamente.
Estamos suponiendo implícitamente, que el mecanismo de la actividad es universal y que la diferencia entre AGN y MAGN, se debe solamente a los parámetros globales intrínsecos, siendo la energía de los núcleos lo más importante (Pishmish, 1986)( 12).
Estructura en los núcleos galácticos: Vale la pena abundar en el episodio del descubrimiento de estos objetos enigmáticos. Años atrás se habían detectado imágenes ópticas intensas, de apariencia estelar, con la leve sospecha de que no eran perfectamente estelares. Por otro lado, un censo del cielo con radio ondas, había mostrado fuentes intensas de radiación. ¿A qué objetos ópticos correspondían estas radiofuentes? Se encontró que un buen porcentaje de ellas correspondían a objetos cuasi estelares (CUASAR). Pero no se conocía la distancia de ellos y, por ende, su luminosidad intrínseca era desconocida. También se observó que los brillos absolutos de los cuásares eran 102 y 103 veces mayores que cualquier galaxia conocida, y que eran sumamente compactas. Los más energéticos AGNs son también los más compactos.
Estructura del núcleo de los AGN: En los núcleos muy energéticos, como en los cuásares, se han observado nubecitas como puntos brillantes en el radio continuo, gracias a una hazaña más de la tecnología y a la colaboración internacional. En la última década los grandes radiotelescopios en diferentes continentes como América, Europa y a veces en Australia, observan objetos AGN, en el continuo del radio-espectro, casi simultáneamente. Una técnica de computación sofisticada proporcionando datos interferométricos con resolución (es decir el poder de separación de los puntos cercanos) en estas bases intercontinentales, se llega a alcanzar en milisegundos de arco, casi mil veces más que la resolución alcanzada ópticamente. Este proceso lleva la sigla VLBI (very long baseline interferometry) y la sede donde se procesan los datos acumulados es el Instituto de Radioastronomía Max Planck, en Alemania.
Ahora bien, con el VLBI se ha encontrado una treintena de núcleos activos de gran energía, que muestran dos o más puntos radio-luminosos. La sorpresa radicó en descubrir que, en el lapso de unos pocos años, la separación de estas manchas aumentaba sensiblemente. Este fenómeno lo habían sugerido algunos científicos del Tecnológico de California, Marshall Cohen en especial (5), (en los primeros años de los 70), pero no se les creyó hasta que se comprobó el fenómeno definitivamente, gracias a observaciones más precisas.
Dada la gran distancia de estos AGNs (la distancia determinada por el corrimiento al rojo de sus líneas espectrales ópticas), la velocidad de separación de los “puntos calientes” resulta ser 2, 3 o más veces la velocidad de la luz. A medida que aumenta la resolución espacial alcanzable, se revelan más y más pequeñas estructuras, nubecitas de plasma en los núcleos activos con dimensión del orden de un año luz.
Radio galaxias y lóbulos: A principios de los sesenta se comprobó que las radio galaxias mostraban una estructura de dos lóbulos, simétricamente dispuestos alrededor del centro de la galaxia total, extendiéndose a grandes distancias.
Fenómeno de los jets(7,10) : De nuevo en radio ondas se han encontrado estructuras intensas y altamente colimadas, llamadas chorros (jets), partiendo de núcleos energéticos de galaxias. Los jets atraviesan por en medio de los lóbulos menos intensos. Se cree que los jets suministran energía a los lóbulos. La bi-simetría de los jets, así como en la mayoría de los lóbulos, es de alto grado. La gran extensión de los jets astrofísicos se observan en cuásares o radiogalaxias, asociados a sus núcleos de alta energía. En general, el núcleo de donde parte el chorro, se cree, es un objeto muy denso, colapsado, o un agujero negro que probablemente este rotando. La linealidad de los jets, si estos tienen masa suficiente para ser sujeta a la gravedad del núcleo, implica que la orientación está a lo largo del eje de rotación. Los alabeos pequeños pueden deberse al medio ambiente, a la interacción con el material intergaláctico no homogéneo; o bien, pueden ser el resultado de una pequeña desviación de la orientación del jet o del eje de rotación del sistema.
Los jets más energéticos se observan en cuásares y en galaxias elípticas gigantes, con gran concentración central. En las elípticas menos masivas, los jets son poco energéticos. En los Seyferts y en MAGN, la radioestructura es semejante a los lóbulos, pero menos extensas y de menor intensidad. A menudo se observan tres acumulaciones de radio continuo, una en el núcleo y dos a ambos lados del núcleo, simétricamente dispuestos.
Hasta la fecha, se han detectado muchos objetos con jets. Los lóbulos son casi siempre dobles, pero no así los jets. Hay los que son dobles y los que no lo son. Suponiendo que la emanación del plasma que forma el jet es igualmente intensa en ambos lados del núcleo, la pregunta será entonces: ¿por qué se observa solo uno de ellos? Puede ser también que la emanación no tiene simetría y que sólo sale el plasma de un lado. Pero si no es así, existe una interpretación a la ausencia del otro lado, como un efecto relativista, si la velocidad de eyección es relativista y la dirección está cerca de la línea de vista del observador, (favoritismo Doppler). Esta situación causa que la radiación del lado que se acerca al observador aparezca 5000 ó 6000 veces más intensa que el opuesto, por lo tanto este último no será detectable. Es necesario tener una muestra más amplia de jets, con diferentes energías, para resolver satisfactoriamente algunos fenómenos, entre otros, la duplicidad o no de los jets. La velocidad del plasma de los jets no se ha medido, pues no muestra ninguna línea espectral para determinar directamente el efecto Doppler. Sin embargo cabe señalar que el movimiento superlumínico de algunos núcleos activos, parece indicar que estos puntos en movimiento pueden marcar el principio de un chorro.
Campos magnéticos . Se han observado campos magnéticos asociados a los jets. La orientación es el dato que se puede obtener con más seguridad, pero no es así con la fuerza del campo. La polarización del continuo del radio muestra que en los objetos de alta energía las líneas de campo son paralelas y más adelante, más lejos del núcleo, pueden ser perpendiculares al jet. En casos menos energéticos, el campo es perpendicular al jet. ¿Cuál es el papel de los campos magnéticos en el origen de la estabilidad y confinamiento del plasma en el jet?, no está claro aún. Es evidente que el campo magnético es importante en el origen y evolución de la actividad galáctica; el complejo problema del “dinamo hidromagnético”, postulado recientemente, necesita mucha mayor atención, tanto teórica como observacional. Un grupo soviético especializado en la teoría y los radio astrónomos de VLBI, MERLIN y otros en lo observacional, pueden encontrar, en un futuro próximo, la respuesta que requerimos.
No hay un consenso respecto al origen de los campos magnéticos en las galaxias. El origen del campo puede ser primordial pero de muy leve fuerza, o sea 10-12 gauss, y ampliarse en el curso de la evolución de una galaxia. Un grupo numeroso de astrónomos aboga por los cambios producidos en el proceso de la eyección del plasma por las supernovas; o bien, por la emanación del plasma de las estrellas, llevando consigo líneas de fuerza magnéticas. Tanto las eyecciones de las supernovas, como las de las estrellas, producirían campos magnéticos caóticos. El origen por supernovas y estrellas, tiene que pasar una prueba: ¿Por qué los campos magnéticos tienen bipolaridad (en los jets)? ¿Cómo se transforman los campos caóticos en confinamientos tan estrechos en los jets observados? Esas preguntas no parecen tener respuesta, hasta la fecha.
De nuevo los parámetros primigenios globales ,si bien la evolución dinámica debe jugar un papel en este problema, las galaxias en la clasificación de Hubble no cubren un lapso suficientemente largo, como
para que se note una diferencia evolucional. Por esta razón hemos atribuido las diferentes formas galácticas esencialmente a los parámetros globales primigenios.
Creemos que las galaxias evolucionan de diferente manera, dependiendo de sus propiedades iniciales; ahora bien, las galaxias con núcleos activos, pueden ser observadas, ya sean las cercanas o las que están en los confines del Universo (los cuásares). Esto equivale a decir que estamos observando galaxias en el intervalo de tiempo más largo posible. Los cuásares, radio-galaxias con jets enormes, son los más lejanos. La estructura y otras propiedades que se observan nos llegan en un lapso de 5 × 109 años. Es decir que nosotros vemos estos objetos no como están ahora, sino como estuvieron en su juventud?. 5 × 109 años que es un lapso considerable para que varíen las galaxias dinámicamente. Estudiando los objetos activos a diferentes distancias, a partir de 5 × 109 años luz de distancia hasta lo cercano, podremos presenciar el cambio que sufren estos objetos durante un lapso de 5 mil millones de años. Es concebible que con el estudio en galaxias a diferentes distancias, y por lo tanto de edades decrecientes, se descifrara el efecto de evolución. Una vez eliminado el efecto de la evolución, el resto será entonces atribuible a los parámetros globales iniciales de las galaxias activas. Dicho de otro modo, se debe deconvolucionar los efectos de evolución y los de los parámetros físicos inherentes. Si se lograra tal evolucion, podremos tener más certidumbre del papel que juegan los parámetros iniciales en el desarrollo de estos sistemas, y así poder explicar la secuencia de Hubble, el enigma que ha permanecido como problema de base en las últimas décadas.
