El Enterprise y el quasar

Captain's log, stardate 2821.5. En route to Marcus III with a cargo of medical supplies. 

Our course leads us past Murasaki 312, a quasar-like formation. 

Big, undefined: priceless oportunity for scientific investigation.

Capt. James T. Kirk, The Galileo Seven, Star Trek

Fue en el capítulo 16 de la primera temporada de la serie original, emitida en 1967. Desde el puente del Enterprise el quasar (ya saben: cuéisar) se veía así.

Los primeros dos quasars, 3C 48 y 3C 273, fueron descubiertos a fines de los años 50 durante un relevamiento de radio de todo el cielo usando el gran radiotelescopio de Jodrell Bank, en Inglaterra, que fue durante muchas décadas el mayor radiotelescopio orientable del mundo (la designación 3C corresponde al catálogo Third Cambridge que compilaron, publicado en 1959). Eran fuentes de radio muy compactas, similares a estrellas, pero sin una contraparte visible. Les empezaron a decir quasi stellar radio sources, QSRS, que si uno lo dice rápido se convierte en quasars.

En 1960 Allan Sandage de Monte Palomar (uno de los astrónomos más influyentes del siglo XX), junto con el radioastrónomo Thomas Matthews, lograron identificar en la posición de 3C 48 un objeto visible, de magnitud 16 y de aspecto estelar rodeado de una tenue nebulosidad. Su espectro mostraba líneas de emisión anchas en longitudes de onda inusuales. En 1962 Maarten Schmidt de Caltech, también con Matthews, logró un espectro de 3C 273, también inusual pero con las líneas en otras posiciones. Schmidt se pasó un año mirando el espectro, hasta que se dio cuenta de que cuatro de las líneas parecían ser de la serie de Balmer del hidrógeno, las β, γ, δ y ε, pero estiradas un 16%. Consultó con John Oke de Mount Wilson, que había hecho un espectro infrarrojo, y encontraron la línea roja α (la famosa H-alpha, para los aficionados) escondida en el infrarrojo, también corrida 16%. Cuando buscaron algo similar en 3C 273 encontraron el espectro del hidrógeno corrido un 37%. Semejantes corrimientos al rojo delataban velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo, algo imposible para cualquier estrella de la galaxia. Todos estos resultados se publicaron simultáneamente en Nature en 1963, en cuatro papers consecutivos.

Un corrimiento al rojo tan intenso se podría producir de tres maneras. Podía ser un efecto relativista en objetos muy compactos, con una gravedad muy intensa. Pero el ancho de la líneas espectrales no era compatible con esta explicación. O podían tener una velocidad enorme (más del 15% de la velocidad de la luz, impensable a menos que fueran flotas alienígenas con el pedal warp a fondo). La explicación más lógica era que fuesen extragalácticos, extremadamente lejanos, y que su redshift fuera cosmológico, debido a la expansión del universo (no tan aceptada hace 60 años como hoy). El principal inconveniente era su brillo óptico: a la distancia necesaria correspondía a cientos de veces la luminosidad de una galaxia grande.

Para 1965 se habían publicado 9 redshifts de quasars, comparables a los de los primeros dos. También en 1965 Sandage anunció el descubrimiento de una población de objetos parecidos a quasars, pero silenciosos en radio, con corrimientos al rojo aun mayores. ¿Qué eran estos objetos tan raros? En 1967 un artículo en Nature del Astrónomo Real Sir Francis Graham-Smith empezaba así:

Quasars create more problems than they solve. How can such small star-like objects emit such large quantities of energy? Why do their spectra show such anomalously high red-shifts? How are they related to radiosources and visible stars?

¡Quasars! Irresistibles, para Mr. Spock.

Un descubrimiento crucial llegó con los primeros telescopios de rayos X (el primer telescopio de rayos-X se llamó Uhuru, un nombre sorprendentemente similar al de la Teniente Uhura, la especialista en comunicaciones del Enterprise). Las observaciones de rayos X mostraban variaciones de intensidad en el término de días. Las galaxias no hacen eso, no pueden hacerlo. Fueran lo que fuesen, los quasars tenían que ser objetos pequeños, no más grandes que lo que la luz recorre en un día, o sea del tamaño del sistema solar. De otro modo no se podría ver una variación coherente de todo el objeto; unas partes se harían más brillantes que otras, y sus efectos se borronearían y cancelarían. A partir de la década del 70 se consolidó la imagen que tenemos ahora de los quasars como objetos complejos, formados por un disco de materia caliente, muy polvoriento, alrededor de un agujero negro gigante, con dos chorros de materia y radiación muy energéticas surgiendo en forma polar. Algo así:

Vistos desde distintas orientaciones estos objetos, gigantes con respecto a las estrellas pero pequeñísimos comparados con las galaxias que los alojan, explican los distintos tipos de quasars, blazars, BL Lac's, OVV's y todo tipo de AGN's (núcleos galácticos activos). En la versión remasterizada de Star Trek trataron de modernizar el aspecto de Murasaki 312, usando algo que parece sospechosamente la Gran Nebulosa de Orión con un agujero negro activo dentro:

En el capítulo entran al quasar 6 tripulantes a bordo del Galileo Seven: tres buzos azules, dos rojos y dos amarillos. ¿Quénes mueren? Fascinante.

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El espectro de 3C 273 está tomado de este interesante artículo: Hazard et al, The sequence of events that led to the 1963 publications in Nature of 3C 273, the first quasar and the first extragalactic radio jet, Publications of the Astronomical Society of Australia 35:e006 (2018).

Las imágenes de Star Trek son probablemente de ViacomCBS, aunque andá a saber. La versión artística de un quasar, ay, no me acuerdo de quién es. Para mí que es del ESO.