La frontera del cel

La frontera del cel
Tot allò que et cal saber
sobre Tot-el-que-hi-ha
Roberto Trotta

Vicent J. Martínez (Director de la col·lecció), Laura Pérez (Disseny de la coberta), Javier Pérez Belmonte (Disseny de la col·lecció), Ofèlia Sanmartín (Correcció lingüística)-

Editorial: Institució Alfons el Magnànim – Centre Valencià d’Estudis i d’Investigació

La pandèmia causada pel patogen SARS-CoV-2 ha ajornat molts dels nostres projectes vitals des de fa sis mesos. Qui ho diria que un virus invisible a l’ull humà, només detectable amb sofisticats procediments bioquímics, siga capaç de fer inviable la nostra vida tal com la coneixíem fins ara. Però si el més ínfim ens condiciona l’existència, el més gran ens l’ha condicionada des de sempre. L’Univers en què estem immersos ha permés la vida al nostre planeta i fins i tot que una espècie arribe a fer-se preguntes sobre el cosmos i sobre ella mateixa. D’on prové la matèria de la qual estem compostos? Com és de gran l’Univers? Com es mouen les galàxies? Preguntes senzilles en aparença, la resposta de les quals ha dut a les grans troballes de l’astrofísica moderna.

Les dades aportades per la missió espacial Planck determinaren que només el 5% de la matèria de l’Univers és matèria ordinària, protons, neutrons, electrons, etc, partícules de què estan fets tots els objectes visibles de l’univers: cúmuls galàctics, galàxies, estrelles, planetes, humans i fins i tots el maleït SARS-CoV-2.

Però ara sabem que existeix una matèria que no fa llum i que espenta les estrelles, com va descobrir l’extraordinària astrònoma nord-americana Vera Rubin en observar com de ràpides es mouen les estrelles en la perifèria de les galàxies espirals. Aquesta matèria no visible estructura i modula els moviments del gas i de les estrelles en les galàxies i el moviment de les galàxies en els cúmuls de galàxies.

Les dades de Planck ens diuen que aquesta matèria contribueix al 27% del contingut de l’Univers. Però que és aquesta matèria fosca? Quin són els seus elements? Com es comporta? L’explicació a aquestes preguntes encara no ha aconseguit el consens dels científics. A més, les idees subjacents no són fàcils d’entendre.

Roberto Trotta, investigador de l’Imperial College de Londres, ha tractat d’explicar totes aquestes qüestions al públic en general, de la manera més senzilla possible, en l’obra The Edge of the Sky, i ho fa amb una mena d’experiment semàntic, només amb l’ús de les 1000 paraules més freqüents en anglés.

Roberto Trotta

Molta de la divulgació científica actual és, de fet, massa tècnica. Els científics tracten d’explicar el que fan, però moltes vegades no són capaços de rebaixar el nivell massa especialitzat del llenguatge utilitzat per por de no ser prou rigorosos. D’aquesta manera només s’arriba a la gent avesada al llenguatge científic, però gran part de la població en queda exclosa.

Amb l’experiment de Trotta l’aventura per descobrir la matèria fosca es fa més assequible, fins i tot més divertida. Permet acostar-se al públic no tècnic, no especialment avesat a llegir llibres de ciència, i interessar-lo pel gran misteri d’una matèria que no interacciona amb la matèria visible, la comprensió de la natura de la qual serà, n’estic segur, una revolució científica en un futur pròxim.

La versió valenciana de l’obra, La frontera del cel, ha estat editada per la Institució Alfons el Magnànim, en Urània, la nova col·lecció de divulgació científica en la qual és el primer llibre. En una obra tan peculiar en què es juga amb la llengua d’una manera tan primmirada, l’elecció del traductor, l’astrofísic David Galadí-Enríquez, ha estat tot un encert. Amb només 720 paraules, amb la llicència d’acceptar variacions morfològiques normals en una llengua llatina com la nostra, la seua missió no ha estat només traduir sinó adaptar l’obra original. Una tasca dura però de segur que ha estat intel·lectualment estimulant per al traductor. I el resultat final ha estat una obra de lectura fluïda, divertida i sovint poètica, que reflecteix fidelment les pretensions de l’autor.

En aquest experiment radical i, per tant arriscat, d’explicació de la creació, estructura, present i futur de l’univers i sobretot de l’inventari del tipus de matèria i energia present, incloent-hi l’encara més enigmàtica energia fosca, el 68% restant del contingut de l’univers, s’han usat exclusivament paraules del llenguatge comú, sense fer us de cap paraula tècnica. No cerqueu doncs partícules, supersimetria, electrons, inflació, expansió o galàxia, sinó d’altres més usuals que no revelaré per a que el lector les interprete com crega. Que el lector en traga l’aigua clara serà un èxit de l’autor però també del traductor.

Una astrònoma en la seua talaia d’observació de l’Univers, un gran telescopi situat en un lloc remot, amb les seues vivències i pensaments fa de fil conductor de l’obra. Aquest fet li dona un context existencial i filosòfic que s’adiu molt bé amb el propòsit d’aquest llibre, fer comprendre que sabem alguna cosa del món que ens envolta però que si fem les preguntes adequades ens adonem que realment no en sabem pràcticament res. Aquest llibre de ciència juga amb la llengua, de vegades és molt poètic, però sobretot fa pensar, tot reforçat per les fantàstiques imatges de la il·lustradora Laura Pérez, realitzades especialment per a la versió valenciana.

L’univers, Tot-el-que-hi-ha, és molt més gran del que qualsevol humà és capaç d’imaginar i conté misteris que tot just comencem a albirar. La cosa més sorprenent, però, és el fet que el podem entendre, al cap i a la fi. Aquest llibre us ajudarà a caminar cap a la seua comprensió.

Enric Marco
Departament d’Astronomia i Astrofísica
Universitat de València

La frontera del cel. Publicat a Posdata Levante-EMV 24 d’octubre 2020

 

Les primeres mostres de Bennu a bord d’OSIRIS-REx

Dimarts passat romanguérem expectants per veure imatges impressionants en directe de la recollida de mostres de l’asteroide Bennu per la nau OSIRIS-REx de la NASA. Tanmateix molts es quedarien decebuts en no veure les imatges en directe i només sentir els científics parlar i mostrar simulacions. La retransmissió en directe no es tan senzilla com sembla. I ara ens arriben les imatges i vídeos del que veié realment la nau.

La nau OSIRIS-REx havia arribat a l’asteroide el desembre de 2018 i, des de llavors, hem pogut explorar-lo de ben prop. Ara sabem que Bennu està fet de material fluix aglutinat dèbilment per la gravetat i amb forma de bola aplatada. L’observació detallada, però, va anar acompanyada d’una gran sorpresa. Els científics havien esperat que la superfície de Bennu estigués formada per material de gra fi com una platja de sorra, però en lloc d’això resultà ser un món ple de còdols de diverses mides: de la grandària de cotxes, de cases, o de la mida dels camps de futbol. Bennu sembla un munt de runes. Ara, gràcies a les dades d’altimetria làser i a les imatges d’alta resolució d’OSIRIS-REx, podem fer un recorregut per l’estrany terreny de Bennu.

Durant dos anys OSIRIS-REx l’ha cartografiat i ha buscat intensament un indret d’on extreure de manera segura mostres de roques i pols (regolita) de la superfície. Això ho va aconseguir dimarts a la nit. La emissió en directe no va ser possible ja que la connexió, ja lenta de 50 bits/segons, prioritzava la telemetria i la delicada maniobra d’absorbir el material asteroidal del objecte sense que cap roca impactara contra la nau.

Les mostres recollides encara no viatgen cap a la Terra ja que caldrà saber si s’han recollit prou mostres. Si no és així, tractarà de realitzar una altra recollida el 12 de gener del 2021. Després la nau retornarà a la Terra. Serà un camí llarg ja que no l’esperem fins el 2023.

Recollida de mostres en directe de l’asteroide Bennu

Aquesta nit a les 23 hores (temps local europeu) podeu connectar-vos al canal de youtube per on la NASA retransmetrà en directe la recollida de mostres de l’asteroide Bennu per la nau Osiris-Rex.La nau descendirà a la superfície de l’asteroide Bennu, la tocarà només durant uns segons i intentarà capturar mostres de regolit (roques i pols) mitjançant una maniobra rapidissima “Touch-And-Go” o TAG. La nau espacial s’ha d’orientar cap a la superfície rocosa de Bennu amb una gran precisió, tocant dins d’una zona rocosa de només 16 m de diàmetre. Durant la maniobra, la nau espacial i l’asteroide es trobaran a uns 334 milions de km de la Terra.

La cobertura en directe des de les instal·lacions de Lockheed Martin a Denver, Colorado, amb els responsables de la missió de la Universitat d’Arizona, Lockheed Martin i el Goddard Space Flight Center de la NASA començarà a les 23 h, hora local europea.

La nau espacial està prevista que abandone definitivament Bennu el 2021 i ens retorne la mostra que recollirà avui a la Terra el 24 de setembre de 2023. Serà la primera missió nord-americana que portarà mostres d’un asteroide a la Terra i la mostra més gran retornada de l’espai des de l’època d’Apol·lo.

Com detectar la matèria fosca?

Tenim una visió molt simplificada de l’Univers. En veure les belles imatges que ens proporciona el telescopi espacial Hubble pensem en el cosmos format per estrelles, planetes, nebuloses de gas, galàxies i cúmuls de galàxies. L’Univers és bell i comprensible. I amb els àtoms d’aquesta matèria generada en l’interior de les estrelles s’ha creat la vida.

Tanmateix l’Univers és molt més que tot això. Existeix una matèria que no brilla però que interacciona gravitatòriament amb la matèria ordinària de la qual estem formats. D’ella no en sabem pràcticament res, només que no brilla i per això, amb molta imaginació, se l’anomena matèria fosca.

Les dades proporcionades per la missió Planck van determinar que la contribució de la matèria fosca a l’inventari de matèria i energia de l’Univers és realment notable, ja que representa un 27% del total. De fet les partícules i àtoms que formen la matèria ordinària de la que estem fets tots nosaltres només abasta prop d’un 5%.

La matèria visible ordinària constitueix només una petita quantitat de la composició de l’univers. L’energia fosca, una entitat misteriosa que accelera l’expansió de l’univers, domina, seguida de la matèria fosca, material invisible que exerceix un estirada gravitatòria. Crèdit: NIST

Va ser la notable astrònoma nord-americana Vera Rubin la qui, en observar el moviment d’estrelles i nebuloses de la galàxia d’Andròmeda, descobrí que aquests objectes giren més ràpidament del que s’esperaria si, com passa al sistema solar, la major part de la massa es concentrara en el centre. Els objectes celestes situats en la perifèria de les galàxies espirals com la Via Làctia o la galàxia d’Andròmeda giren com si existira una matèria invisible que les empeny amb una força gravitatòria.

Existeix, per tant, una matèria no visible que estructura i modula els moviments del gas i de les estrelles en les galàxies i el moviment de les galàxies en els cúmuls de galàxies. Encara no sabem de què està feta aquesta misteriosa matèria però d’alguna forma Vera Rubin va eixamplar l’Univers. Mereixia el premi Nobel de Física i ha estat una injustícia que no li’l donaren.

Aquesta matèria que no brilla, fosca per tant, està formada per partícules, objectes o alguna cosa amb massa però fins ara no s’ha pogut esbrinar de que es tracta. És un dels grans misteris de l’astrofísica moderna. Una matèria fantasmal que empeny però que no es deixa atrapar.

Des de que es descobrí la matèria fosca l’any 1970 moltes han estant les propostes per explicar l’estranya matèria. Però totes han anant caient davant les evidències observacionals: forats negres estel·lars, planetes flotant lliures. etc… Els físics de partícules, per la seua banda, han proposat l’existència d’una nova partícula molt massiva, anomenada WIMP (partícula massiva amb interacció feble), que va ser el candidat principal per explicar la matèria fosca durant més de dues dècades. Tanmateix aquesta hipotètica partícula, si realment existeix, encara no ha estat descoberta.

Per això els científics del National Institute of Standards and Technology (NIST) dels Estats Units han pensat que seria més efectiu detectar alguna senyal de l’elusiva matèria fosca si realment mesuren l’única propietat que saben que realment té, la força gravitatòria causada per la seua massa.

A la recerca d’evidències directes, els investigadors del NIST han proposat utilitzar una matriu 3D de pèndols com a detectors de força, que podrien detectar la influència gravitatòria de les partícules de matèria fosca que passen entre elles. Quan una partícula de matèria fosca està a prop d’un pèndol suspès, el pèndol s’ha de desviar lleugerament a causa de l’atracció d’ambdues masses. Tanmateix, aquesta força és molt petita i difícil d’aïllar del soroll ambiental (partícules de l’ambient, raigs còsmics, microsismes, variacions de pressió i temperatura, etc.) que fa moure el pèndol. Per aïllar millor les deflexions de les partícules que passen, els investigadors del NIST proposen utilitzar una matriu de pèndols. El soroll ambiental afecta cada pèndol individualment i fa que es moguen de forma independent. No obstant això, les partícules que passen per la matriu produiran deflexions consecutives dels pèndols (mireu el vídeo). Com que aquests moviments estan correlacionats, es poden aïllar del soroll de fons, revelant quanta força subministra una partícula a cada pèndol i la velocitat i direcció de la partícula de matèria fosca.

Daniel Carney, un físic teòric de NIST i col·laboradors calculen que aquest mètode pot trobar partícules de matèria fosca amb una massa mínima aproximada de la meitat que la d’un gra de sal, o aproximadament mil milions de milions de vegades la massa d’un protó.

Com que l’única incògnita de l’experiment és la massa de la partícula de matèria fosca, no com s’uneix a la matèria ordinària, “si algú construeix l’experiment que suggerim, trobarà matèria fosca o descartarà tots els candidats a la matèria fosca en un ampli ventall de possibles masses “, ha dit Carney. L’experiment seria sensible a partícules que oscil·len entre aproximadament 1 / 5.000 d’un mil·ligram i uns quants mil·ligrams.

Aquest experiment amb pèndols extremadament sensibles té similituds amb els detectors d’ones gravitatòries LIGO i Virgo encara que no serien tan costosos ni difícils de fer.  Només cal que alguna institució s’interesse i s’hi troben els fons necessaris. Espere que no triguem massa en poder veure-ho en funcionament.

Més informació:

A Billion Tiny Pendulums Could Detect the Universe’s Missing Mass

El premi Nobel premia els científics dels forats negres

Traducció de

Black holes and the Milky Way’s darkest secret

Els forats negres i el secret més fosc de la Via Làctia

Tres guardonats comparteixen el Premi Nobel de Física d’aquest any pels seus descobriments sobre un dels fenòmens més exòtics de l’univers, el forat negre. Roger Penrose va demostrar que els forats negres són una conseqüència directa de la teoria general de la relativitat. Reinhard Genzel i Andrea Ghez van descobrir que un objecte invisible i extremadament pesat governa les òrbites de les estrelles al centre de la nostra galàxia, la Via Làctia. Un forat negre supermassiu és l’única explicació coneguda actualment.

Roger Penrose va inventar mètodes matemàtics enginyosos per explorar la teoria general de la relativitat d’Albert Einstein. Va demostrar que la teoria condueix a la formació de forats negres, aquells monstres en el temps i l’espai que capturen tot el que els entra. Res, ni tan sols la llum, pot escapar.

Reinhard Genzel i Andrea Ghez lideren cadascun d’ells un grup d’astrònoms que s’han centrat en estudiar una regió al centre de la Via Làctia des de principis dels anys noranta. Amb una precisió creixent, han cartografiat les òrbites de les estrelles més brillants i més properes al centre. Ambdós grups van trobar quelcom que alhora era invisible i pesat, cosa que va obligar aquest remenat d’estrelles a remolinar-se. Aquesta massa invisible té prop de quatre milions de masses solars reunides en una regió no més gran que el nostre sistema solar. Què és el que fa que les estrelles del cor de la Via Làctia giren a velocitats tan sorprenents? Segons la teoria actual de la gravetat, només hi ha un candidat: un forat negre supermassiu.

Un avanç més enllà d’Einstein

Ni tan sols Albert Einstein, el pare de la relativitat general, va pensar que els forats negres podrien existir. Tanmateix, deu anys després de la mort d’Einstein, el teòric britànic Roger Penrose va demostrar que es poden formar forats negres i va descriure les seves propietats. Al fons, els forats negres amaguen una singularitat, una frontera en què es trenquen totes les lleis conegudes de la natura.

Per demostrar que la formació de forats negres és un procés estable, Penrose necessitava ampliar els mètodes utilitzats per estudiar la teoria de la relativitat: abordar els problemes de la teoria amb nous conceptes matemàtics. L’article innovador de Penrose es va publicar el gener de 1965 i encara es considera la contribució més important a la teoria general de la relativitat des d’Einstein.

La gravetat manté l’univers a l’abast

Els forats negres són potser la conseqüència més estranya de la teoria general de la relativitat. Quan Albert Einstein va presentar la seva teoria el novembre de 1915, va renunciar a tots els conceptes anteriors d’espai i temps. La teoria va proporcionar una base completament nova per entendre la gravetat, que configura l’univers a la major escala. Des de llavors, aquesta teoria ha proporcionat la base per a tots els estudis sobre l’univers i també té un ús pràctic en una de les nostres eines de navegació més habituals, el GPS.

La teoria d’Einstein descriu com tot i tothom a l’univers es manté a l’empunyadura de la gravitació. La gravetat ens manté a la Terra, governa les òrbites dels planetes al voltant del Sol i l’òrbita del Sol al voltant del centre de la Via Làctia. Condueix al naixement d’estrelles de núvols interestel·lars i, finalment, a la seua mort en un col·lapse gravitatori. La gravitació dóna forma a l’espai i influeix en el pas del temps. Una massa pesada doblega l’espai i alenteix el temps; una massa extremadament pesada pot fins i tot tallar i encapsular un tros d’espai, formant un forat negre.

La primera descripció teòrica del que ara anomenem forat negre va arribar poques setmanes després de la publicació de la teoria general de la relativitat. Malgrat les equacions matemàtiques extremadament complicades de la teoria, l’astrofísic alemany Karl Schwarzschild va ser capaç de proporcionar a Einstein una solució que descrivia com les masses pesants poden doblegar l’espai i el temps.

Estudis posteriors van demostrar que, un cop s’ha format un forat negre, està envoltat per un horitzó d’esdeveniments que rodeja la massa al centre com un vel. El forat negre roman amagat per sempre dins del seu horitzó d’esdeveniments. Com més gran és la massa, més gran és el forat negre i el seu horitzó. Per a una massa equivalent al Sol, l’horitzó d’esdeveniments té un diàmetre de gairebé tres quilòmetres i, per a una massa com la de la Terra, el seu diàmetre és de només nou mil·límetres.

Una solució més enllà de la perfecció

El concepte de “forat negre” ha trobat un nou significat en moltes formes d’expressió cultural, però, per als físics, els forats negres són el punt final natural de l’evolució de les estrelles gegants. El primer càlcul del dramàtic col·lapse d’una estrella massiva es va fer a finals dels anys 30, pel físic Robert Oppenheimer, que més tard va dirigir el Projecte Manhattan que va construir la primera bomba atòmica. Quan les estrelles gegants, moltes vegades més pesades que el Sol, es queden sense combustible, primer exploten com a supernoves i després s’enfonsen en restes molt denses, tan pesades que la gravetat ho atrau tot, fins i tot la llum.

La idea de les ‘estrelles fosques’ es va considerar ja des de finals del segle XVIII, en les obres del filòsof i matemàtic britànic John Michell i del reconegut científic francès Pierre Simon de Laplace. Tots dos havien raonat que els cossos celestials podrien arribar a ser tan densos que serien invisibles, ni tan sols la velocitat de la llum seria prou ràpida per escapar de la seva gravetat.

Una mica més d’un segle després, quan Albert Einstein va publicar la seva teoria general de la relativitat, algunes de les solucions a les equacions notòriament difícils de la teoria descrivien tan sols estrelles fosques. Fins als anys seixanta, aquestes solucions es consideraven especulacions purament teòriques, que descrivien situacions ideals en què les estrelles i els seus forats negres eren perfectament rodons i simètrics. Però res a l’univers no és perfecte i Roger Penrose va ser el primer a trobar amb èxit una solució realista per a tota la matèria que s’enfonsa, amb els seus forts, clots i imperfeccions naturals.

El misteri dels quàsars

La qüestió de l’existència de forats negres va ressorgir el 1963, amb el descobriment dels quàsars, els objectes més brillants de l’univers. Durant gairebé una dècada, els astrònoms havien estat desconcertats pels raigs de ràdio procedents de fonts misterioses, com el 3C273, a la constel·lació de la Verge. La radiació de la llum visible finalment va revelar la seva autèntica ubicació: el 3C273 està tan lluny que els raigs viatgen cap a la Terra durant més de mil milions d’anys.

Si la font de llum és tan llunyana, ha de tenir una intensitat igual a la llum de diversos centenars de galàxies. Se li va donar el nom de ‘quàsar’. Els astrònoms aviat van trobar quàsars tan distants que havien emès la seva radiació a la primera infància de l’univers. D’on ve aquesta increïble radiació? Només hi ha una manera d’obtenir tanta energia dins del volum limitat d’un quàsar: des de la matèria que cau en un forat negre massiu.

Les superfícies atrapades resolien l’enigma

Una qüestió que va desconcertar Roger Penrose sobre si es podrien formar forats negres en condicions realistes. La resposta, com va recordar més tard, va aparèixer a la tardor de 1964 durant una passejada amb un company a Londres, on Penrose era professor de matemàtiques al Birkbeck College. Quan van deixar de parlar un moment per creuar un carrer lateral, se li va ocórrer una idea. Més tard, aquella tarda, el va buscar a la seua memòria. Aquesta idea, que va anomenar superfícies atrapades, era la clau que havia estat buscant inconscientment, una eina matemàtica crucial necessària per descriure un forat negre.

Una superfície atrapada obliga a tots els raigs a apuntar cap a un centre, independentment de si la superfície es corba cap a fora o cap a dins. Mitjançant superfícies atrapades, Penrose va ser capaç de demostrar que un forat negre sempre amaga una singularitat, un límit on acaben el temps i l’espai. La seva densitat és infinita i, fins ara, no hi ha teoria sobre com abordar aquest fenomen tan estrany de la física.

Les superfícies atrapades es van convertir en un concepte central en la realització de la prova de Penrose del teorema de la singularitat. Els mètodes topològics que va introduir ara són inestimables en l’estudi del nostre univers corbat.

Un carrer de sentit únic fins al final dels temps

Quan la matèria comença a col·lapsar i es forma una superfície atrapada, res no pot impedir que continuï el col·lapse. No hi ha camí enrere, com en la història explicada pel físic i premi Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar, des de la seva infància a l’Índia. La història tracta sobre les libèl·lules i la seva larva, que viuen sota l’aigua. Quan una larva està preparada per desplegar les ales, promet que dirà als seus amics com és la vida a l’altra banda de la superfície de l’aigua. Però un cop la larva passa per la superfície i s’allunya com una libèl·lula, no hi ha retorn. Les larves de l’aigua mai no escoltaran la història de la vida de l’altra banda.

Figura 2. Com es forma un forat negre.

De la mateixa manera, tota la matèria només pot travessar l’horitzó d’un esdeveniment d’un forat negre en una direcció. Aleshores, el temps substitueix l’espai i tots els camins possibles apunten cap a l’interior, el flux de temps ho porta tot cap a un final ineludible a la singularitat (figura 2). No sentiràs res si caus per l’horitzó d’esdeveniments d’un forat negre supermassiu. Des de fora, ningú no us pot veure caure i el vostre viatge cap a l’horitzó continua per sempre. Mirar un forat negre no és possible dins de les lleis de la física; els forats negres amaguen tots els seus secrets darrere dels seus horitzons d’esdeveniments.

Els forats negres governen els camins de les estrelles

Tot i que no podem veure el forat negre, és possible establir-ne les propietats observant com la seva colossal gravetat dirigeix ​​els moviments de les estrelles circumdants.

Reinhard Genzel i Andrea Ghez lideren grups de recerca separats que exploren el centre de la nostra galàxia, la Via Làctia. Amb forma de disc pla d’uns 100.000 anys llum de diàmetre, està format per gas i pols i uns quants centenars de milions d’estrelles; una d’aquestes estrelles és el nostre Sol (figura 3). Des del nostre mirador a la Terra, enormes núvols de gas i pols interestel·lar enfosquen la major part de la llum visible que prové del centre de la galàxia. Els telescopis d’infrarojos i la tecnologia de ràdio van ser el que va permetre als astrònoms veure per primera vegada a través del disc de la galàxia i imaginar les estrelles del centre.

Utilitzant les òrbites de les estrelles com a guies, Genzel i Ghez han produït les proves més convincents que hi ha un objecte supermassiu invisible amagat allà. Un forat negre és l’única explicació possible.

Centreu-vos al centre

Durant més de cinquanta anys, els físics sospiten que pot haver-hi un forat negre al centre de la Via Làctia. Des que es van descobrir els quàsars a principis dels anys seixanta, els físics van raonar que es podrien trobar forats negres supermassius dins de la majoria de galàxies grans, inclosa la Via Làctia. Tot i això, actualment ningú no pot explicar com es van formar les galàxies i els seus forats negres, entre uns quants milions i molts milions de masses solars.

Fa cent anys, l’astrònom nord-americà Harlow Shapley va ser el primer a identificar el centre de la Via Làctia, en direcció a la constel·lació de Sagitari. Amb observacions posteriors, els astrònoms hi van trobar una forta font d’ones de ràdio, que va rebre el nom de Sagitari A *. Cap al final dels anys seixanta, es va fer evident que Sagitari A * ocupa el centre de la Via Làctia, al voltant de la qual orbiten totes les estrelles de la galàxia.

No va ser fins a la dècada de 1990 que telescopis més grans i un millor equipament van permetre estudis més sistemàtics de Sagittarius A *. Reinhard Genzel i Andrea Ghez van iniciar projectes per intentar veure a través dels núvols de pols el cor de la Via Làctia. Juntament amb els seus grups de recerca, van desenvolupar i perfeccionar les seves tècniques, construint instruments únics i apostant per la investigació a llarg termini.
Via Làctea

Figura 3. La Via Làctia, la nostra galàxia, vista des de dalt. Té la forma d’un disc pla d’uns 100.000 anys llum de diàmetre. Els seus braços espirals estan formats per gas i pols i uns quants centenars de milions d’estrelles. Una d’aquestes estrelles és el nostre Sol.

Només els telescopis més grans del món seran suficients per contemplar estrelles llunyanes; com més grans millor és absolutament cert en astronomia. L’astrònom alemany Reinhard Genzel i el seu grup van utilitzar inicialment NTT, el telescopi de noves tecnologies a la muntanya de La Silla, a Xile. Finalment, van traslladar les seves observacions a la instal·lació del Very Large Telescope, VLT, a la muntanya Paranal (també a Xile). Amb quatre telescopis gegants el doble que NTT, el VLT té els miralls monolítics més grans del món, cadascun amb un diàmetre de més de 8 metres.

Als Estats Units, Andrea Ghez i el seu equip d’investigació utilitzen l’Observatori Keck, situat a la muntanya hawaiana de Mauna Kea. Els seus miralls tenen gairebé 10 metres de diàmetre i actualment són dels més grans del món. Cada mirall és com un panal, format per 36 segments hexagonals que es poden controlar per separat per enfocar millor la llum de les estrelles.

Les estrelles mostren el camí

Per grans que siguen els telescopis, sempre hi ha un límit en el detall que poden resoldre perquè vivim al fons d’un mar atmosfèric de gairebé 100 quilòmetres de profunditat. Les grans bombolles d’aire sobre el telescopi, més calentes o més fredes que el seu entorn, actuen com a lents i refracten la llum en el seu camí cap al mirall del telescopi, distorsionant les ones de llum. És per això que les estrelles brillen i també les seves imatges es difuminen.

L’aparició de l’òptica adaptativa va ser crucial per millorar les observacions. Ara els telescopis estan equipats amb un prim mirall extra que compensa la turbulència de l’aire i corregeix la imatge distorsionada.

Durant gairebé trenta anys, Reinhard Genzel i Andrea Ghez han seguit les seves estrelles en el llunyà embolic estel·lar al centre de la nostra galàxia. Continuen desenvolupant i perfeccionant la tecnologia, amb sensors de llum digitals més sensibles i una millor òptica adaptativa, de manera que la resolució de la imatge ha millorat més de mil vegades. Ara són capaços de determinar amb més precisió les posicions de les estrelles, seguint-les nit per nit.

Els investigadors fan un seguiment d’una trentena de les estrelles més brillants de la multitud. Les estrelles es mouen més ràpidament en un radi d’un mes llum del centre, dins del qual realitzen una dansa atrafegada com la d’un eixam d’abelles. Les estrelles que es troben fora d’aquesta zona, en canvi, segueixen les seves òrbites el·líptiques d’una manera més ordenada (figura 4).

Una estrella, anomenada S2 o S-O2, completa una òrbita del centre de la galàxia en menys de 16 anys. Aquest és un temps extremadament curt, de manera que els astrònoms van poder cartografiar tota la seva òrbita. Ho podem comparar amb el Sol, que triga més de 200 milions d’anys a completar una volta al centre de la Via Làctia; els dinosaures passejaven per la Terra quan vam començar la nostra volta actual.

Figura 4. Les òrbites de les estrelles van revelar que alguna cosa invisible i pesat governava els seus camins al cor de la Via Làctia.

La teoria i les observacions se succeeixen

L’acord entre les mesures dels dos equips va ser excel·lent, cosa que va portar a la conclusió que el forat negre al centre de la nostra galàxia hauria de ser equivalent a uns 4 milions de masses solars, empaquetades en una regió de la mida del nostre sistema solar.

Aviat podrem veure directament Sagitari A *. Aquest és el següent de la llista perquè, fa poc més d’un any, la xarxa d’astronomia Event Horizon Telescope va aconseguir imaginar l’entorn més proper d’un forat negre supermassiu. El més llunyà de la galàxia coneguda com Messier 87 (M87), a 55 milions d’anys llum de nosaltres, és un ull més negre que negre envoltat per un anell de foc.

El nucli negre de M87 és gegantí, més de mil vegades més pesat que Sagittarius A *. Els forats negres que van causar les ones gravitacionals recentment descobertes eren força més lleugers. Igual que els forats negres, les ones gravitatòries només existien com a càlculs de la teoria general de la relativitat d’Einstein, abans de ser capturades per primera vegada a la tardor del 2015, pel detector LIGO dels EUA (Premi Nobel de Física, 2017).

El que no sabem

Roger Penrose va demostrar que els forats negres són una conseqüència directa de la teoria general de la relativitat, però, en la gravetat infinitament forta de la singularitat, aquesta teoria deixa d’aplicar-se. S’està realitzant un treball intensiu en el camp de la física teòrica per crear una nova teoria de la gravetat quàntica. Això ha d’unir els dos pilars de la física, la teoria de la relativitat i la mecànica quàntica, que es troben a l’exterior de forats negres.

Al mateix temps, les observacions s’acosten als forats negres. El treball pioner de Reinhard Genzel i Andrea Ghez ha obert el camí a noves generacions de proves precises de la teoria general de la relativitat i de les seves prediccions més estranyes. El més probable és que aquestes mesures també puguin proporcionar pistes per a noves idees teòriques. L’univers té molts secrets i sorpreses per descobrir.

Traducció de

Black holes and the Milky Way’s darkest secret

Science Editors: Ulf Danielsson, Ariel Goobar, David Haviland and Gunnar Ingelman, the Nobel Committee for Physics
Text: Joanna Rose
Translator: Clare Barnes
Illustrations: ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Editor: Sara Gustavsson
© The Royal Swedish Academy of Sciences

Pandèmia

En aquest temps de pandèmia que marcarà tota una generació, molts encara es pregunten com és possible que una societat moderna, amb sanitat universal, amb recursos, sempre limitats, haja hagut d’estar confinada, amb l’economia paralitzada i amb totes les nostres activitats protocol·litzades.

Aquesta incomprensió és una de les causes de la onada d’incredulitat sobre els orígens de la malaltia, que si és una arma biològica xinesa, un instrument de control poblacional a través del 5G de Bill Gates o simplement un invent.

Molt obliden que l’ésser humà és un més dels mamífers que poblen la Terra i que la interacció amb el medi natural el posa en contacte diàriament amb patògens, que com tot esser viu sempre cerca nous habitat per ocupar.  L’explotació humana de nous territoris verges a l’Extrem Orient, a l’Amazones o a l’Àfrica Central i el comerç que se’n fa dels seus recursos ha posat en contacte estret espècies animals i vegetals que havien estat sempre separades físicament. Així que patògens adaptat a espècies salvatges troben hostes nous verges per explotar. Tot ajudat per l’evolució que afavoreix l’adaptació dels nous agents infecciosos. Aquesta és la principal raó de les pandèmies modernes.

Tanmateix aquests malalties modernes no eixirien dels seus focus d’infecció localitzats en indrets remots i mal comunicats si els vols barats i ràpids, la deslocalització de moltes empreses i el comerç internacional no fora la norma del mon actual. Un turista intrèpid explorador d’una selva poc trepitjada pot portar un virus o un bacteri en poques hores al cor d’Europa abans de presentar cap símptoma de malaltia. Un simpàtic animaló exòtic comprat a una tenda d’animals no massa legal pot portar de regal un virus d’un animal amb el que va compartir viatge des de terres llunyanes. Els porcs d’una granja construïda prop de l’habitat dels rats penats a l’Extrem Orient poden quedar contaminats amb un nou tipus de coronavirus pels seus excrements.

Aquestes són possibilitats ben reals en aquests mon de pandèmies que ens ha tocat viure. Però hi ha molt més factors a tindre en compte que explicarien el desastre que estem vivim actualment. La periodista científica Sonia Shah ho explica detalladament en Pandemia, de Capitán Swing, obra que publicà fa tres anys i que s’acaba de publicar en castellà.

El colera va ser la primera malaltia moderna que afectà, i continua afectant, els humans a partir del segle XIX. Tots els pobles tenen cròniques dels temps incerts de les diverses onades que atacaren el nostre país i en el que el Doctor Jaume Ferran fou un heroi vacunant la gent.  El llibre, però, se centra en explicar detalladament l’afecció que sofriren Paris i Nova York el 1832.

“El Dr. Jaume Ferran vacunant a Alzira”. La Ilustración Nacional 1885.

Però no s’atura només a descriure el desastre i, aquí és quan el talent de Sonia Shah se’n presenta en el seu màxim esplendor en donar compte de les causes de l’extensió de la pandèmia: les condicions higièniques i d’infraestructures en que es vivia aleshores, els problemes de corrupció de polítics i d’empreses (algunes d’elles encara actives actualment. Et sorprendrà saber quines son, o no….), els col·lectius als que la gent desesperada considerava culpables, els herois que tractaren de donar tractaments efectius però foren menystinguts sinó directament apartats.

El colera no és una malaltia antiga com ho puga ser la pesta o la lepra, sinó que el seu origen està molt ben documentat. La colonització i explotació pels britànics dels recursos dels manglars i zones pantanoses al voltant del Golf de Bengala on desemboca el riu Ganges va posar en contacte el virus aquàtic Vibro Cholerae amb els humans. En menys de 50 anys la pandèmia del colera s’expandí per tota la Terra. La millora de les comunicacions i el colonialisme s’encarregaren de fer-ho possible.

A partir de les lliçons apreses d’aquesta pandèmia que encara causa brots cada any en alguns llocs del mon, l’autora fa un recorregut  per les malalties modernes com l’èbola, el SARS, el MERS, el virus del Nil Occidental, la malaltia de Lyme etc…Totes començaren com a zoonosis (contagi animal-humà) però d’altres ja han esdevingut epidèmia quan el contagi és d’humà a humà.

Llegint el llibre comprendreu el perquè del paper limitat de l’Organització Mundial de la Salut en l’actual pandèmia del coronavirus, el problema dels bacteris resistents o superbacteris, les malalties emergents i la relació d’aquestes amb el canvi climàtic.

Les epidèmies han acompanyat a les diverses espècies d’homínids durant tota l’evolució humana. Hi ha prou evidències que aquestes han condicionat i modelat molts aspectes com ara el sexe, la detecció de nous patògens i la distribució humana en el planeta. Som realment el resultat final d’una lluita feroç contra els patògens antics.

Finalment dir que encara que el llibre es publicà el 2017 ja vaticinava la pròxima pandèmia. Cap de les mesures conegudes i efectives per prevenir-la que descriu al llibre s’han posat en marxa. Ara estem amb mascaretes i esperant les vacunes. El 2020 vivim l’era Covid-19.

Sonia Shah està en tot quan et recomana clarament: “Prevenir las pandemias pasará necessariamente por reorganitzar las actividades humanas que las agravan

Llegiu el llibre i se us aclariran les idees.


Sinopsis de la contraportada del llibre

En los últimos cincuenta años, más de trescientas enfermedades infecciosas han surgido o resurgido en lugares donde nunca se habían visto. Mucho antes de la llegada de la COVID-19, casi todos los epidemiólogos coincidían en que una de ellas causaría una pandemia mortal en las próximas generaciones: el ébola, la gripe aviar o algo completamente nuevo. Si bien era imposible predecir la aparición del SARS-CoV-2 y tampoco podemos saber qué patógeno causará el próximo brote global, al desentrañar las historias de pandemias pasadas podemos comenzar a comprender mejor nuestro futuro y prepararnos para lo que nos tiene reservado.
Pandemia es una obra fundamental de historia epidemiológica que explora los orígenes de las epidemias, trazando paralelismos entre el cólera —uno de los patógenos causantes de pandemias más letales y perturbadores de la historia— y otras nuevas enfermedades que nos acechan. Rastreando cada etapa del dramático viaje del cólera, desde su aparición en el interior del sur de Asia como un microbio inofensivo hasta su rápida dispersión por el mundo en el siglo XIX y su última aparición en Haití, nos informa sobre otros patógenos que ahora siguen sus pasos, como la bacteria SARM, que asedia a su propia familia, o los virus letales nunca antes vistos que salen de los húmedos mercados de China, las salas quirúrgicas de Nueva Delhi y los patios traseros suburbanos de la costa este de Estados Unidos.

El cel d’octubre de 2020


L’octubre ha començat i tot es mou al teu voltant. L’oratge ha abandonat les calorades de l’estiu i sembla que la frescor tardoral s’imposa. La societat continua impactada per la visió de la pel·lícula La mort de Guillem que recorden fets dramàtics dels anys noranta però tan actuals encara. La pandèmia continua activa donat que molts segueixen sense entendre el mecanisme dels contagis ni el que és un creixement exponencial. Un 2020 distòpic s’aboca a la seua fi sense adonar-nos.

Entretant el cel nocturn ha canviat des de l’estiu i els planetes Júpiter i Saturn han deixat de ser els reis de la nit per deixar pas a Mart mentre les constel·lacions hivernals com Orió i Taure ja es deixen veure al cel.

Tanmateix els planetes gegants encara fan goig en fer-se de nit. Mirant cap l’oest, veurem la parella la primera part de la nit. Amb telescopi podrem admirar els núvols de Júpiter, les seues llunes i sobre tot els anells de Saturn. Ja no seran tan espectaculars com en ple estiu però encara s’ho val mirar-los. I en passar les setmanes la distància aparent entre els dos planetes anirà minvant de mica en mica, fins que, pels volts de Nadal, quasi s’arribaran a tocar a la posta del Sol. Podreu fer moltes fotos de l’encontre celeste. Ja en parlarem.

La nit del 22 d’octubre la Lluna els farà una visita construint un bonic triangle celeste.Ara el planeta Mart és el rei de la nit. El seu color rogenc el fa clarament distingible entre els objectes celestes. El podeu veure cap a l’est en la constel·lació de Peixos en fer-se de nit, augmentant la seua altura amb el pas de les hores. Això ocorre així ja que la nit del 13 al 14 d’octubre el planeta es trobarà en oposició al Sol, és a dir en el punt oposat al Sol, situat justament a 180º de la nostra estrella, estant la Terra al mig. Per tant, en pondre’s el Sol el planeta eixirà per l’horitzó est. Però, com que les òrbites de Mart i la Terra són el·líptiques, aquest no serà el moment exacte de la màxima aproximació a la Terra, ja que haurà ocorregut uns dies abans, el 6 d’octubre. En aquest moment Mart es trobarà a només 62,07 milions de quilòmetres de nosaltres.

Mart és interessant de veure amb prismàtics però és amb telescopi quan podem gaudir de descobrir el relleu de les zones altes com Syrtis Major o els casquets polars. I això és molt més fàcil quan el planeta es troba més pròxim a nosaltres. La Lluna li farà dues visites aquest més que ens pot ajudar a descobrir-lo si encara dubteu. La passada nit del 2 d’octubre la Lluna arribà a acostar-se molt al planeta. Encara teniu l’oportunitat de veure un altre encontre lunar amb el planeta de la guerra la nit del 29 d’octubre. Estigueu a l’aguait per admirar el fenomen.

Mart en l’oposició d’agost del 2003. Hubble Space Telescope
Crèdits: NASA/STSci/Hubble; MSSS/ ASU Themis/ NASA/ JPL

La pluja d’estels més important del mes és la dels Oriònids. Els meteors de la pluja cauran tot al llarg del mes d’octubre fins a principis de novembre. El pic serà la nit del 21 d’octubre amb uns 10 a 20 meteors per hora. Com el seu nom indica el radiant, el punt d’on semblen venir els meteors, està situat en la constel·lació d’Orió. Estan associats al cometa Halley.

La Lluna presentarà aquest mes dues llunes plenes, una a principi del mes, el dia 1 i una altra al final, just el 31. Això no és usual però si la primera lluna ocorre just el primer o segon dia i el mes dura 31 dies, és ben bé possible.

El dia 7 d’octubre la Lluna recorrerà la constel·lació de Taure i se situarà al costat de l’estel vermell Aldebaran. Us deixe una imatge del programa Stellarium on es veu el fenomen i les posicions de les pluges d’estels dels Oriònids.

Finalment recordar que la matinada del 24 al 25 d’octubre els rellotges es retardaran una hora. Per tant, a partir del diumenge 25 d’octubre l’eixida i la posta del sol ocorreran una hora més prompte.

La Lluna presentarà les següents fases en hora local:

Fase Mes Dia Hora
Lluna plena Octubre 1 23 05
Quart minvant Octubre 10 02 40
Lluna nova Octubre 16 21 31
Quart creixent Octubre 23 15 23
Lluna plena Octubre 31 16 49

Si voleu obtenir més informació podeu punxar aquest enllaç. També podeu veure un senzill mapa del firmament del mes d’octubre de 2020. I tot això gràcies al Planetari de Quebec.

Imatges

1.- Posta de sol d’octubre. Tavernes de la Valldigna, la Safor. 1 d’octubre 2020. R. Marco.
2.- Simulació de Stellarium
3.- de https://mars.nasa.gov/all-about-mars/night-sky/close-approach/
5-6 – Simulació de Stellarium