Potser hauríem de mirar la 'premsa' científica cada dia. Tanmateix, es publica tant i n'hi ha tanta cosa per fer que de vegades te n'assabentes per la premsa generalista, o perquè algú ha vist alguna cosa en algun mitjà i t'ho nomena. En aquest segon cas es dona una situació peculiar: La persona que t'ho diu se sorprén que no ho sàpigues. Segurament no saben que, com dic, es publica molt, i per l'altra, més important, nosaltres no vivim a colp de titular, ni a colp de notícia d'última hora.

Efectivament, si en els darrers dies s'ha anunciat el descobriment d'un quàsar amb unes propietats prou cridaneres i no hem vist o no hem llegit el paper el mateix dia no és cap problema. En primer lloc, el quàsar no se'n va enlloc. No l'havíem vist en tota la història de la humanitat i tampoc no ve d'un dia, una setmana, o un mes. I en segon lloc, i més important, el coneixement en ciència creix de manera acumulativa, assossegada. Fem servir el cas per a visualitzar com va la cosa.

En un cafè, un company em va preguntar pel famós quàsar que un piulador (tuitaire, x-aire, xaire?), i divulgador havia esmentat en un dels seus pedagògics fils. El divulgador deia que el quàsar descobert correspon a una etapa primerenca de l'Univers i engolia en aquell moment (qui sap, què serà ara d'aquest bon quàsar) l'equivalent a una massa solar per dia! La cosa és certament cridanera, atès que en un quàsar normalet, de classe mitjana, dels que amb dificultats es poden pagar un lloguer en un barri perifèric de la gran ciutat, s'hi consumeix una massa solar per any. De seguida vaig cercar l'article original. Per tafanejar, clar.

Del procés de generació d'energia entorn d'un forat negre súpermassiu en vam parlar en una altra entrada. I també de com hem pogut saber què són i a quina distància estan. Vam explicar que el mecanisme responsable és la caiguda de matèria en un potencial gravitatori generat per un objecte compacte. I recorde que és el mecanisme de producció d'energia més eficient que coneixem en l'Univers. Amb un consum d'una quantitat de gas com eixa, el nucli de la galàxia activa pot generar una lluminositat que oculta la llum de la resta. Oculta la llum de totes les estrelles de la galàxia. D'aquesta manera, la veiem com un punt brillant, i no com un núvol estès amb forma el·líptica o espiral, com en les galàxies diguem-ne normals.

La mesura de la quantitat de gas engolida pel forat es fa amb mètodes indirectes, a partir de la lluminositat generada al nucli. En el cas del quàsar J0529−4351, les observacions d'aquest quàsar llunyaníssim, observat quan l'Univers tenia entorn de mil cinc-cents milions d'anys, s'han produït gràcies a l'efecte de lent gravitatori d'una galàxia massiva que n'hi ha en la línia de visió. Aquest efecte lent, com si es tractara d'un telescopi natural, magnifica la imatge i ens en possibilita l'estudi.

Les dades que aporta la llum recollida per diferents observatoris han estat modelades pels autors per concloure que en aquest cas, el monstre devora no una massa solar per any, sinó per dia. La rellevància del resultat rau en què podria apuntar a una possible solució a un misteri no resolt: la massa dels forats negres més massius. La pregunta era, és, com és possible que hagen assolit masses tan grans en tan poc temps, com per ser detectats quan l'Univers encara era molt jove.

Els números de creixement per acreció (ingestió) de matèria no eixien perquè si suposem que els ritmes són com els que s'observen en l'Univers més proper, a una massa solar per any, en calen entre mil i deu-mil milions d'anys per assolir les masses més grans derivades per aquests objectes. Uns ritmes d'acreció com els que indiquen els autors del treball, redueixen aquests temps de creixement en més de dos ordres de magnitud, fent que l'explicació esdevinga plausible.

Està resolt? No. I a això anava jo al principi del text: no cal tindre pressa. Cal recollir dades, cal comparar observacions, cal acumular coneixement, parlar-ho en congressos i publicar-ho en articles. I cal revisitar l'objecte i ser conscients que les mesures i els càlculs en Astrofísica han de ser revisats de seguit. No debades, els col·legues fem la broma que en el nostre camp podem ben dir que 1 és aproximadament igual a pi, que és aproximadament igual a 10... Per si no s'ha entès, que els números ens poden ballar amb certa alegria en un ordre de magnitud. En la major part dels casos, les noves observacions afinen el resultat, sense desmentir-lo. D'altres, però...

Després d'aquesta acumulació, debat, discussió i comparació podrem estar més segurs que les afirmacions que se solen fer en les notes de premsa podrien ser certes. Mentrestant, cal picar pedra. No ve d'un dia, una setmana, un mes, i ni tan sols un any. Els titulars espectaculars i les afirmacions contundents sobre resultats que estan per comprovar transmeten una visió esbiaixada del treball científic. Cal reconèixer, però, que és una manera eficient d'atraure l'atenció del públic a la ciència. Pot ser que si mesuràrem una miqueta les paraules, encara seria millor.

En l'entrada anterior vam explicar que els quàsars són galàxies, tot i tindre una aparença estel·lar. Aquesta aparença es deu a un nucli tan brillant que enlluerna l'observador i impedeix que es puga apreciar la galàxia. Allà, al centre d'aquestes galàxies passen coses; coses que produeixen una emissió de radiació amb intensitat desenes de milers superior a la de tota la galàxia. Aquesta descoberta va suposar el primer pas cap a l'evidència de l'existència real dels forats negres en l'Univers. O, si més no, d'objectes foscos i massius que es comporten com ho faria un forat negre. En definitiva, com allò de l'animal que fa mec-mec, és palmípede, té plomes i bec pla...

Però, per què un forat negre? Les línies d'emissió que Maarten Schmidt va interpretar com desplaçades al roig negaven l'opció d'un origen estel·lar de la radiació, atès que les estrelles no les produeixen. Calia una altra explicació. La idea és relativament senzilla i està basada en un concepte que tots coneixem, com és l'energia potencial.

Per a una partícula de massa m sotmesa a la gravetat d'un cos de massa M, tenim que aquesta energia és GMm/R, on R n'és la distància i G la constant de gravitació universal. Si la partícula està a l'infinit, aquesta energia és 0, però si cau sobre la superfície del cos, és GMm/R_s. L'energia total de la partícula en l'infinit és la que correspon a la seua massa en repòs, suposant que comença a caure amb una velocitat negligible E₀ =mc². En condicions normals, aquesta energia és molt més gran que la que puguen assolir les partícules per la seua velocitat com per la seua energia potencial. Per tant l'eficiència energètica de la caiguda d'una partícula o objecte sobre un cos celeste diguem-ne, normalet (planetes, estrelles), és molt baixa.  

Tanmateix, si ens fixem en l'expressió de l'energia potencial de la partícula sobre la superfície d'un objecte,  GMm/R_s, veurem que el quocient M/R_s pot assolir valors més grans si M és gran i R_s  és petit. En Astrofísica d'això se'n diu compacticitat. Un objecte compacte és un objecte amb una massa gran i un volum reduït. I en un objecte compacte com un forat negre, l'energia potencial pot assolir valors tan grans com una fracció de l'energia associada a la massa de la partícula.

Veiem el cas amb un exemple senzill. L'energia associada a la massa d'una partícula d'un gram és E₀ = 9x10¹³ J. En la fusió nuclear de l'hidrogen, a l'interior de les estrelles, s'assoleix una eficiència d'un 0.7%. És a dir, per cada gram d'hidrogen que es fusiona n'obtenim una energia de 6x10¹¹ J.

Si agafem un objecte amb la massa del Sol encabida en una esfera amb un radi d'un quilòmetre, l'expressió de l'energia potencial d'una partícula ens dona entorn de 10¹³ J per cada gram de matèria. Açò representa més d'un 10% de l'energia equivalent de la massa, i unes 30 vegades més que la produïda per la fusió nuclear.

Aquest càlcul tan senzill va fer que es proposara la caiguda de matèria sobre un objecte compacte (que fa mec-mec, és palmípede, té plomes i bec pla) com la responsable de la producció ingent de radiació electromagnètica al nucli dels quàsars. El temps ho va confirmar, tal i com anirem veient, i, pel que sabem, aquest procés és el més eficient en termes de producció energètica conegut a l'Univers.

La cosa, òbviament, no és tan directa, i el mecanisme resulta ser complex i farcit de processos que ocorren entre el moment en què les partícules estan lluny de l'objecte compacte i l'instant en què hi arriben. De fet, si afegim correccions de relativitat general per a objectes compactes en rotació (forats negres de Kerr), el mecanisme pot ser més eficient encara, assolint una producció de fins un 40% de l'energia associada a la massa de les partícules. I encara ens restaria explicar, per exemple, com es converteix en radiació aquesta energia, o d'on ve el gas que cau a l'objecte!

Tanmateix, aquesta idea que requeria molt i molt de desenvolupament, amagava una veritat fonamental, i va ser una d'aquelles llavors que ens ha ajudat a entendre l'Univers. En particular, el més violent, que és el que ens interessa. Això és un aspecte fascinant de l'Astrofísica en particular i de la ciència en general: una idea senzilla pot obrir les portes a la comprensió general de fenòmens naturals i, al mateix temps, a camps immensos de coneixement que hi comencen.