Son los cuerpos celestes más brillantes, más lejanos, más antiguos y los más veloces que existen y también probablemente los más desconocidos: los quasars. Su nombre significa "fuente de radio casi-estelar" (quasi stellar radio source) o como se los tiende a denominar más prosaicamente en la actualidad "qso" (quasi stellar object). El nombre indica la incertidumbre acerca de su origen. Los primeros quasares se detectaron en los años 50 del siglo XX gracias a algunos radiotelescopios. Se trataba de fuentes de radio enormemente energéticas pero que se volvían objetos normales y corrientes cuando se les observaba con telescopios ópticos. Simples puntos de luz situados en el centro de algunas galaxias. En la actualidad se conocen 200.000 fuentes de radio casi-estelares y todas tienen algo en común: el enorme corrimiento Doppler hacia el rojo.
El efecto Doppler no relativista consiste en la variación relativa de la frecuencia de un emisor que se mueve respecto de un observador. Dicho de otra manera. Al acercarse, los frentes de onda se comprimen y al alejarse, se expanden. Esto lo percibimos como una variación en la frecuencia. Por eso una ambulancia suena más aguda cuando se acerca y más grave cuando se aleja. En el caso de la luz ocurre igual. Cuando un objeto se aleja su frecuencia tiende hacia el rojo. Esto es, en esencia, lo que nos permite averiguar que las galaxias se alejan unas de otras. Porque su espectro de luz está desplazado hacia el rojo. Si estuviera desplazado hacia el azul, significaría que se estaría acercando.
Aparte de este efecto Doppler, tenemos otro "corrimiento espectral" debido a que el propio espaciotiempo se está expandiendo. Como ya hablé de ello en Sobre el universo no me entretendré mucho en esto. Sólo plantear el que aunque nosotros estemos en reposo con respecto a un punto, el espaciotiempo se está expandiendo según la ley de Hubble y esto tiene repercusiones a la hora de observar el espectro. Aún existe un tercer corrimiento hacia el rojo debido a cómo la gravedad afecta a la métrica del espaciotiempo. Para no detenerme más en esto, recomiendo leer el artículo sobre el corrimiento hacia el rojo de la Wikipedia que lo explica en más detalle.
Hace años se plantearon los "agujeros blancos" como una manera de explicar estos fenómenos relacionados con los quasars. Serían cuerpos celestes que emiten radiación y materia sembrando el espacio circundante. Era una bonita simetría para la idea de ciencia ficción de que los agujeros negros estaban interconectados por agujeros de gusano. No obstante, esta idea no tardó en ser descartada por motivos elementales. Los agujeros negros no son agujeros. La materia que tragan se queda ahí y se refleja en su masa, su momento angular y su carga eléctrica. Los agujeros blancos tendrían que sacar de algún sitio toda esa energía, y sin violar los principios de conservación más elementales, no parece posible.
La hipótesis más aceptada sobre su origen es que los quasars toman su energía de los discos de acreción que se forman en torno a los agujeros negros gigantes que están en el centro de las galaxias. La materia no cae directamente, se arremolina como consecuencia del momento angular. A medida que las estrellas, planetas, cometas, gas y polvo estelar van arremolinándose alrededor del horizonte de sucesos, la densidad se incrementa enormemente. Se produce un gran calentamiento no sólo por fricción debido a las colisiones que se suceden sino también por los propios fotones emitidos por los cuerpos celestes que van cayendo. Además, estas zonas poseen unos potenetísimos campos magnéticos que eventualmente pueden producir chorros de partículas cargadas (jets) que escapan a velocidades enormes.
Los quasars eran mucho más comunes en el universo primigenio. Tal como descubrió Marteen Shcmidt en 1967 los quasars aparecen donde eisten agujeros negros masivos con una gran cantidad de material a su alrededor. Estos agujeros negros crecen según la masa estelar disponible en la galaxia en la que se encuentran aunque el modo en que lo hacen no se conoce con precisión. Una idea es que los jets y otro tipo de radiación emitida por los quasars impide la formación de nuevas estrellas, como si las apagara. Algunos de ellos muestran variaciones en su luminosidad muy rápidas en la franja del visible e incluso más en la franja de los rayos X. Esto indica que los quasars son pequeños. Del tamaño del Sistema Solar o menores, porque un objeto no puede variar su luminosidad en menos tiempo que el que le toma a la luz atravesar el propio objeto. No obstante, los jets emitidos son chorros de partículas a velocidades relativistas y su luminosidad se ve incrementada por este hecho.
Los quasars tienen propiedades similares a las llamadas galaxias activas (AGN), que son núcleos galácticos en los que se produce el fenómeno relatado anteriormente de la emisión de radiación como consecuencia de la acumulación de material en torno a un agujero negro gigante. También se los relaciona con las galaxias Seyfert que son un tipo de galaxias con un núcleo muy brillante y porque su espectro electromagnético es característico de su tipo. Lo que diferencia los quasars de estos objetos es que los quasars son muchísimo más brillantes y que están mucho más lejos que los otros. La radiación emitida tanto por los AGNs como por los quasars es "no térmica", es decir, no se corresponde a la radiación que emite todo cuerpo sólo por el hecho de estar a una determinada temperatura. Pueden presentarse en muchas zonas del espectro. Desde ondas de radio, pasando por luz visible, ultravioletas, rayos X y rayos gamma. La mayoría de ellos emiten más allá del ultravioleta cercano (121 nanómetros) aunque el corrimiento Doppler lo hace aparecer en el infrarrojo (900 nm). Algunos quasars tienen jets (emisiones de chorros de partículas) como algunas radiogalaxias y AGNs. Para distinguirlos, los AGNs que producen jets se denominan "blazars".
Los agujeros negros candidatos a alimentar un quasar deben tener del orden de un millón o mil millones de masas solares. Aunque se han intentado encontrar en galaxias grandes, tan sólo una pequeña parte de ellas muestra signos de tener un quasar. Esto quiere decir que, aunque todas puedan tener un agujero negro supermasivo, no todas reúnen las características apropiadas para dar lugar a la enorme potencia desplegada por un quasar. Esta potencia es del orden de 1040 W. Para esto, el agujero negro supermasivo debe alimentarse a un ritmo de unos diez soles al año. Y los más brillantes, más de mil. Esto hace pensar que los quasars pueden aparecer o desaparecer según la topología de la galaxia en la que se encuentren. Esto explica por qué no hay quasars cercanos, ya que un quasar no puede estar alimentándose a ese ritmo durante 10.000 millones de años. Cuando acabase de consumir el material del disco de acrección el quasar se apagaría y la galaxia volvería a la normalidad.
Y ya como anécdota final, en un artículo de Charles Weber titulado "Cause of the spectral characteristics of quasars, agns and qsos" escrito hace ya algunos años se plantea como hipótesis si los quasars son ilusiones creadas por el efecto de lente gravitatoria debido a los agujeros negros situados en el centro de las galaxias. Merece la pena aunque sea un vistazo.