Espiando el Universo en luz polarizada

La luz es una onda electromagnética que vibra en muchas direcciones. Las lentes polarizadoras están hechas de materiales que no dejan pasar alguna de esas direcciones de vibración, con lo cual consiguen polarizar la luz. Por esa razón las gafas de sol con filtro polarizador nos permiten ver mucho mejor el mar o la carretera cuando está mojada, ya que eliminan la luz reflejada. Pues bien, resulta que en Astrofísica la polarización nos resulta muy útil porque nos da información sobre las estructuras que dispersan la luz. Un ejemplo de esta utilidad lo tenemos en el campo de las galaxias activas o AGN, llamadas así por sus siglas en inglés (active galactic nuclei). Estas galaxias tienen un núcleo extremadamente luminoso porque contienen un agujero negro central sobre el que está cayendo material de la propia galaxia a un ritmo muy elevado, lo cual genera muchísima energía. Hoy en día pensamos que todas las galaxias tienen un agujero negro central y que en algún momento de su vida han sido activas, por lo cual es muy interesante estudiar aquellas que ahora mismo lo son para entender cómo funciona su mecanismo central.

En las galaxias activas tenemos mucho material que oscurece la emisión de la zona central, parte del cual se distribuye en forma de toroide, que para entendernos sería una especie de “dónut” de polvo y gas muy pequeño en comparación con la propia galaxia. En el centro de ese toroide está el núcleo activo de la galaxia, y dependiendo de la orientación con la que lo veamos tendremos una visión directa del núcleo o, por el contrario, el toroide nos impedirá verlo, como se representa en la figura. Afortunadamente, el propio material del toroide dispersa la luz que viene del centro de la galaxia y la polariza. Si colocamos en nuestro telescopio un instrumento para detectar la polarización de la luz, un polarímetro, seremos capaces de estudiar el núcleo activo incluso cuando el toroide nos lo tapa, como si se tratase de un periscopio.

Una de las cosas que podemos medir es el grado de polarización, que es la medida en la que la luz procedente del núcleo está polarizada. En general se encuentra que en objetos en los que el toroide está de frente (galaxias activas de tipo 1) se observan grados de polarización bajos, y, por el contrario, cuando el toroide está de canto (de tipo 2) se observa un mayor grado de polarización. Esto se debe a que la luz polarizada la dispersan principalmente dos componentes: material localizado en la cara interna del toroide, el cual produce la polarización ecuatorial, y material a lo largo de la dirección polar, que produce la polarización perpendicular, como se ve en la figura. En los AGN de tipo 1 vemos de manera directa tanto el núcleo activo como las regiones de dispersión, y por eso la cantidad de luz dispersada que vemos es muy poca y medimos un bajo grado de polarización. En AGN de tipo 2 el núcleo está escondido y es la región de dispersión polar la que polariza la luz, lo cual se traduce en grados de polarización altos.

Fue precisamente la luz polarizada la que nos enseñó a mediados de los años ochenta que realmente los AGN de tipo 1 y 2 son el mismo tipo de galaxia, pero observada con diferentes orientaciones con respecto a nosotros. La orientación de la galaxia es independiente de la del toroide, que es el que principalmente determina si un AGN es de tipo 1 o 2. Sin embargo, hay veces en las que observamos una galaxia de canto, y en ese caso el material de la propia galaxia también nos impide ver el núcleo activo. Por suerte tenemos la luz polarizada para poder espiar esos núcleos activos. Si en vez de usar un polarímetro para medir el grado de polarización hacemos espectropolarimetría, es decir, combinamos la espectroscopía con la polarimetría, podemos ver las líneas espectrales polarizadas procedentes del núcleo activo. Estas líneas espectrales se producen cuando el gas de la región central es iluminado por el núcleo activo, y nos dan información sobre los elementos que existen en ese gas (hidrógeno, helio, hierro, silicio, etc). Pues bien, en los años ochenta se obtuvo el primer espectro de una galaxia activa de tipo 2 en luz polarizada y esta mostraba las mismas líneas que veíamos en las de tipo 1. De manera directa no podemos ver las líneas que se producen dentro del toroide porque este las oscurece, pero en luz polarizada sí. ¡Imaginen la emoción de la persona que vio ese espectro por primera vez en el telescopio! A partir de hoy cuando vean destellos en el mar o en la carretera mojada, acuérdense de los astrónomos que miramos el Universo en luz polarizada intentando desvelar algunos de los secretos que esconde.