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.

Les observacions d'Edwin Hubble varen demostrar que aquells núvols lluminosos eren galàxies externes a la nostra i varen tancar el Gran Debat entre Harlow Shapley i Heber Curtis. En el debat, Shapley va defensar que els núvols espirals eren petits i propers a la Via Làctia, i que per tant l'Univers estava limitat a la rodalia de la nostra Galàxia. A l'altra banda, Curtis defensava que es tractava de galàxies tan grans com la nostra, i molt llunyanes. Aquesta darrera va ser, com diem, l'opció confirmada per Hubble.

La mesura dels moviments propis d'aquests núvols va mostrar que les galàxies interaccionen entre elles a través de la força de la gravetat, i fins i tot col·lideixen. La prova d'això es va obtindre fent servir l'efecte Doppler en la llum: un corriment al roig (freqüències més baixes, com en el so) indica allunyament, mentre que un cap al blau (freqüències més altes) indica apropament cap a l'observador.

Les col·lisions entre galàxies comporten milers de milions de petites històries, les de cadascuna de les estrelles de cadascuna de les dues galàxies. La probabilitat de col·lisions frontals és pràcticament nul·la, atès que la densitat d'estrelles és realment molt baixa. Així, es produeix un xoc del medi (gas) que hi ha entre les estrelles en les dues galàxies, el medi interestel·lar. El nucli de les galàxies juga un paper central en la interacció, perquè conté una part important de la massa de la galàxia, en forma d'un forat negre súper-massiu, i una alta concentració de gas i estrelles.

L'acceleració sobtada del nucli de cada galàxia en presència de l'altre nucli genera un efecte d'arrossegament en les estrelles que té a prop, però deixa enrere les més allunyades, que pateixen una acceleració menor. Això té un efecte de trencament de la galàxia, i moltes estrelles són ejectades cap a l'espai intergalàctic, lluny tant de la seua galàxia original com de l'altra.

És en una d'aquestes estrelles que s'ubica el conte Consciència. En el planeta Únic, un dels hemisferis té un cel nocturn dominat per una gran galàxia, formada a conseqüència de la interacció entre dues galàxies. A l'altra banda, alguna altra estrella expulsada de la galàxia i les poques galàxies properes visibles. Un cel eminentment fosc, i que ens posa al davant del buit més gran de l'Univers: l'espai entre galàxies. La consciència assolida sobtadament per la protagonista de la magnitud d'aquest buit la fa col·lapsar.

La Via Làctia s'apropa a la seua veïna més massiva i propera: Andròmeda. S'espera que la col·lisió tinga lloc d'ací a entorn de 5.000 milions d'anys. Això és, per altra banda, el temps que resta al Sol per deixar la seua fase de vida més tranquil·la, l'actual. En simulacions numèriques que s'han fet per estudiar com podria ser aquesta interacció, veiem l'efecte que tindrà sobre ambdues galàxies. Qui sap on acabaran llavors les restes del nostre Sistema Solar.

A l'Univers veiem moltes galàxies amb estructures irregulars o condicionades per aquest tipus d'interaccions, i també s'estudia la llum difosa entre galàxies, generada per aquestes estrelles perdudes. Es pensa que una part significativa de les estrelles de l'Univers podria, efectivament, estar escampada per l'espai intergalàctic.

Quines nits més fosques, les dels planetes que orbiten aquestes estrelles.

En les entrades anteriors hem vist com l'Astrofísica es va desenvolupar a partir de les deduccions observacionals de les propietats físiques dels astres, en la banda visible de l'espectre electromagnètic, amb telescopis òptics. En properes entrades, parlarem del desenvolupament de les observacions astronòmiques en tot l'espectre. Tanmateix, ara ens centrarem en un aspecte transversal, com és la interpretació de noves observacions en clau 'marciana'.

Efectivament, la segona meitat del segle XX va ser testimoni d'una eclosió de l'afecció al món de la investigació sobre la possible existència de vida intel·ligent a l'Univers (perquè potser no n'hi ha ni rastre al nostre planeta, com deien els Monty Python). La ciència astronòmica no ha quedat al marge del que podríem anomenar una obsessió social. Ni tan sols l'Univers violent s'ha estalviat les interpretacions a l'ús...

El desenvolupament de la Radioastronomia va ser el principal soci de les interpretacions marcianoides de les noves observacions en aquesta banda. El motiu és ben senzill: les emissions en ràdio es feien servir al nostre planeta amb l'objecte de comunicar punts distants; per tant, la detecció d'emissions en ràdio en l'espai podia ben bé estar associada a emissions d'altres civilitzacions.

Aquest raonament sembla del tot lògic i evident en els caps de les persones d'una època en què allò de les civilitzacions extra-terrestres estava de moda (còmics, pel·lícules, històries a la ràdio, nous descobriments astronòmics...). Tanmateix, i com sol passar en aquests casos, hi sol haver una explicació alternativa que ni tan sols ens passa pel cap de tan capficats com estem en el corrent principal de pensament de la nostra època. Sortosament, la manera en què es treballa en ciència genera una protecció natural enfront del fenomen de la interpretació prematura i esbiaixada. Així, noves observacions i revisions crítiques dels resultats permeten destapar explicacions alternatives i més ajustades.

Per exemple, l'any 1963, amb tota la solemnitat, un grup de radio-astrònoms soviètics, liderats per Nikolai Kardaixov va anunciar la possible detecció de senyals provinents d'una civilització molt avançada tecnològicament. El mateix Kardaixov havia creat una escala per determinar el grau de desenvolupament de les civilitzacions, en funció de la quantitat d'energia que són capaces de generar i gestionar. Les observacions del grup soviètic, punteres en aquell moment, mostraven emissions en ràdio amb uns patrons variables, però intensos. Tot clar, sense dubtes, es tractava emissions amb objectius comunicatius i allò es va fer públic en notòria i solemne roda de premsa. 

En realitat, com es va demostrar més tard, allò que havien descobert era el blàzar, en la nomenclatura actual, CTA 102. Observacions fetes pel mateix grup en els anys posteriors van demostrar que es tractava d'una font astrofísica i no d'una font artificial d'emissions; una galàxia activa situada a milers de milions d'anys-llum de distància, un dels escenaris més violents del nostre Univers.

Al centre de CTA 102 hi ha un forat negre supermassiu, per al qual s'ha calculat una massa de deu mil milions de masses solars. Aquest forat negre incorpora gas que ha estat aportat possiblement per una galàxia satèl·lit caiguda sobre CTA 102. A l'Univers més jove, el que observem a aquestes enormes distàncies, la col·lisió entre galàxies era un esdeveniment relativament freqüent. Així, les galàxies més petites queien sobre les més grans en un procés anomenat 'jeràrquic'. S'entén que eixe gas aportat per les galàxies petites va acabar apropant-se al centre de gravetat de la galàxia activa, on hi ha la bèstia, esperant per engolir-lo.

En resum, no es tractava de marcians, sinó una manifestació brutal d'activitat galàctica... Un altre cas ben conegut, tot i que menys solemne, va ser la indicació que va fer Jocelyn Bell al paper on hi havia les seues dades de la primera detecció d'un púlsar. El pols de la radiació era tan regular que davant la manca d'una altra explicació l'estudianta Jocelyn Bell la va nomenar, de manera jocosa, LGM-1, on LGM és l'acrònim de 'little green men'. Realment, tot i que evidentment els podia passar pel cap aquesta explicació, l'anotació va quedar en anècdota perquè J. Bell i el seu supervisor de tesi, A. Hewish van buscar altres explicacions físiques. Finalment van arribar a la conclusió que el que estaven observant era un estel de neutrons, altament magnetitzat, amb una emissió tipus far en ones de ràdio. Tampoc no hi havia marcians, doncs, sinó una manifestació d'una altra cara de l'Univers violent: les explosions de supernova i la creació d'estrelles compactes, que giren a velocitats altíssimes sobre si mateixos.

Recentment, la dràstica variació en l'emissió d'una estrella a la nostra Galàxia, KIC 8462852 o Tabby's Star (en honor a la seua descobridora), havia estat fruit de l'especulació sobre la possible absorció del flux de l'estel per part d'una civilització avançada. Segons l'escala de Kardashev, les civilitzacions de tipus II serien capaces de controlar i usar l'energia generada per l'estel del seu sistema planetari. Un mecanisme anomenat 'esfera de Dyson' podria servir la civilització per a prendre l'energia de l'estrella, ocultant la seua brillantor a observadors externs, com nosaltres.

També fa poc s'ha especulat amb la possibilitat que un objecte, anomenat Oumuamua, amb trajectòria i morfologia peculiar que passa pel nostre Sistema Solar siga una nau interestel·lar pilotada per éssers forasters, més que no un asteroide. Tanmateix, com sempre, hi ha explicacions alternatives que possiblement seran més encertades, com per exemple la presència d'un conjunt d'asteroides del mateix sistema estel·lar que podrien ocultar l'estrella en el cas de KIC; o una dinàmica complexa, però ben possible, en el cas de l'asteroide-ovni. Aquestes explicacions resulten ser rebudes, injustament, de manera desapassionada, com una aixafada de guitarra, però, no és la naturalesa suficientment engrescadora?

En conclusió, l'obsessió encara ens ronda, potser per la necessitat quotidiana d'adrenalina. Tot plegat, aquestes hipòtesis són perfectament vàlides, però no es poden convertir en certeses que alimenten les nostres addiccions. Sort que en ciència es revisen idees, hipòtesis i resultats de manera crítica i continuada.

Les nits d'estiu conviden a mirar el cel a la fresca. Amb sort i bon cel veiem moltíssims punts brillants i una mena de núvol boirós que creua el cel de nord a sud. Eixe núvol és una galàxia, la nostra Galàxia, vista des de dins. La llum que ens n'arriba és la suma de l'emesa per totes les estrelles que la formen excepte les que ens queden a l'esquena, dalt o baix, des de la nostra posició interior al disc.

Aquest racó nostre de la Via Làctia és tranquil, i per això estem ací. Hi ha altres llocs de la Galàxia que són inhòspits per a la vida tal com la coneixem. Efectivament, la radiació electromagnètica d'alta energia destrueix les molècules que conformen la química de la vida. Per tant, tenim la sort que la nostra estrella orbita allunyada de zones concorregudes on l'activitat estel·lar és perillosa.

De què parlem, exactament? Comencem des del Nord. La constel·lació de Cassiopea, que fa una v doble, presenta una gran quantitat de cúmuls d'estrelles joves, però més enllà, més cap a dins de la Galàxia, n'hi ha un parell d'estrelles binàries de raigs gamma. Com el seu nom indica, emeten de manera intensa en la part més energètica de l'espectre electromagnètic.

Pensem que aquesta radiació està relacionada amb la presència d'un estel de neutrons i una estrella massiva, que orbiten una entorn de l'altra – formen un sistema binari. Tots dos objectes emeten vents de partícules i camps magnètics des de les seues superfícies, amb altes velocitats i baixes densitats en el primer cas, i al contrari en el segon. En la col·lisió d'aquests vents, partícules elementals com els electrons, guanyen grans quantitats d'energia que després és radiada en raigs gamma.

Si seguim cap al sud, trobem la constel·lació del Cigne, que forma una gran creu al cel d'estiu. Més enllà de les estrelles que formen el dibuix de l'au, trobem fonts d'emissió en raigs X. En aquest cas, existeixen evidències que es tracta d'una estrella binària on un dels dos objectes és un forat negre que fagocita l'estrella companya. La producció d'energia en aquests objectes, coneguts com binàries de raigs X, ve de la mà, precisament, de la caiguda del gas de l'estrella companya, encara activa sobre el forat negre, resta de l'existència prèvia d'una estrella que va deixar de generar energia en el seu si.

De fet, el primer objecte proposat com candidat a forat negre és Cigne X-1, prop del coll de l'animal dibuixat al cel. La candidatura va ser presentada per Betty Louise Webster i Paul Murdin, l'any 1972. Eixa font, el forat negre més proper (que sabem) a nosaltres, es troba a una distància del voltant de sis mil anys-llum. Aquesta hipòtesi ha estat sostinguda per l'acumulació d'evidències convincents.

Finalment, al sud, hi ha la constel·lació de Sagitari, amb forma de tetera. Allà, resseguint la boca per on vessaria el té, hi ha la direcció que indica el centre de la Via Làctia, la nostra galàxia espiral. Sabem que en eixe centre, ubicat a uns vint mil anys-llum de distància, trobem un objecte compacte amb una massa de quatre milions de masses del Sol. Les seues dimensions i massa el fan compatible amb la interpretació teòrica relativista que ja coneixem: un forat negre, ço és, un possible trencament del teixit espai-temporal de l'Univers amb una singularitat al seu centre. Singularitat vindria a ser l'eufemisme que fem servir els físics per no dir directament (reconèixer?) que les nostres teories ja no funcionen en aquest lloc.

En l'entorn directe (milers d'anys-llum central) d'aquest forat negre supermassiu es concentra una gran quantitat de gas i estrelles. Com més gas n'hi ha en una regió, més estrelles s'hi formen, i com més estrelles hi ha, més probabilitat que hi haja explosions supernova d'estrelles massives, binàries de raigs X o gamma, etc. El centre de la Galàxia vindria a ser com el centre d'una ciutat en festes. No s'hi pot viure.

Tot plegat, si en lloc de tindre receptors electromagnètics sensibles en la banda espectral del visible, en tinguérem a altes energies, en mirar el cel veuríem punts ben brillants en les regions esmentades. En agost, quan mireu amunt i vos vinga al cap la quietud i aparent immutabilitat del cel, no oblideu que darrere les aparences s'amaguen perills inesperats: regions inhabitables, terribles i esgarrifoses, emissions que vos socarrarien en un no-res. Fins i tot pitjors que la part alta de la Ribera Alta en estiu...