L’any 2008 vaig assistir a un congrés a Cambridge (Massachusetts, EUA), amb el títol Radio Galaxies in the Chandra Era. La idea principal era posar en comú observacions i teoria per discutir sobre la física de les galàxies actives amb dolls relativistes, en un moment en què l’observatori de raigs X Chandra (en homenatge a l’astrofísic indi Subrahmanyan Chandrasekhar) de la NASA escrutava l’Univers des de la seua òrbita terrestre.

En aquell congrés, les persones que aportaven un pòster havien de presentar-lo amb un haiku (poema breu d’origen japonès). Recorde el Dr. John Wardle, senyor britànic, alt i prim, recitar el seu: ‘Quasars seen at redshift 4. Such big black holes’. L’escric de memòria i potser em balla alguna paraula del primer vers; la bona qüestió és que amb dues frases curtes, l'home va fer palès un problema que ja era conegut, però del que aportava noves evidències. Encara no està resolt.

Quin problema? El que diu el segon vers del haiku: Quan l’Univers tenia poc més de mil milions d’anys d’edat, ja n'hi havia forats negres súper-massius. Recordem que el corriment al roig indica la distància a què es troba una galàxia. El redshift ens diu quin moment de la història de l’Univers estem observant, atés el temps que cal perquè la llum ens arribe.

En una entrada anterior hem parlat del mecanisme que genera grans quantitats d’energia en els quàsars requereix d’un forat negre massiu. Molt massiu. Tenim evidència observacional de la presència d’aquestes bèsties quan l’Univers encara era jove, però, com es van formar? I com van arribar a assolir aquestes masses tan ràpidament? Fins i tot tenim el cas d’un possible quàsar a redshift 7.6 (quan l’Univers tenia menys de 700 milions d’anys)!

Els forats negres es formen quan una estrella de certa massa (major de 8 vegades la massa del Sol) arriba al final de la seua combustió nuclear i, en no poder generar energia, no pot compensar la gravetat de la seua pròpia massa de cap manera, col·lapsant i foradant el teixit de l’espai-temps. Depenent de la massa inicial de l’estrella, el forat negre resultant pot tindre una massa d’unes 10-20 vegades la massa del Sol... en el cas de les estrelles actuals.

Sabem que les primeres estrelles que es van formar a l’Univers eren bastant més massives, i podien generar forats negres també més massius. A més, com més massiva és una estrella, més ràpid crema el seu combustible nuclear, i més curta és la seua vida. Però, quines masses tenien aquests forats negres que es podrien haver format en acabar el primer cicle de població estel·lar la seua existència? I quan va passar això?

El telescopi espacial James Webb ha pres aquesta imatge de galàxies a redshift 7.9, 650 milions d'anys després del Big Bang. Crèdits: NASA, ESA, CSA, T. Morishita (IPAC). Processament: A. Pagan (STScI)

Si us n’adoneu, cada vegada que fem un pas sorgeixen noves preguntes, fins i tot si encara no hem resolt la pregunta inicial. Benvingudes, benvinguts al meravellós món de la ciència, un seguit d’emocions i frustracions de preguntes sense resposta o amb respostes parcials. A més, som ben conscients que algunes de les preguntes no trobaran resposta aviat, si més no al llarg de les nostres vides. Cal assumir-ho amb certa calma.

Tornem al fil, que el perdrem. La formació d’aquestes primeres estrelles massives podria haver ocorregut després de potser un centenar o dos de milions d’anys de l’Univers. La seua vida transcorreria ràpidament i es convertirien en forats negres en pocs milions d’anys (al voltant d’un milió d'anys, de fet). Per tant, després de cent o dos-cents milions d’anys, podríem trobar ja els primers forats negres amb masses respectables en l’Univers. I això quant és? Desenes de masses del Sol, potser cent masses solars? Certament no més d'això. Per tant, a una diferència enorme de les masses dels forats negres súper-massius que estan al nucli d’aquells quàsars que ja observem en l'Univers primerenc, pocs centenars de milions d'anys des del Big Bang. Cerquem respostes.

Molts experts pensen que l’acreció de matèria sobre aquests forats negres no és una opció, perquè no és possible en la quantitat i el ritme que caldria. La negativa es basa en el fet que sabem quins són els ritmes i durada típics de l'acreció de material en galàxies actives més properes. Tanmateix, simulacions recents apunten a circumstàncies particulars que ho farien possible. O potser alguns núvols de gas amb masses molt més grans van col·lapsar directament sense que durant el col·lapse n’hi haguera opció a generació d’energia suficient per a aturar-lo. Aquesta opció, però, tampoc no sembla factible per a masses tan grans com les que caldrien.

La coalescència de forats negres també requereix moltes col·lisions, amb un temps excessiu de caiguda. Compte, excepte si les estrelles estaven molt properes unes a altres, formant un eixam o cúmul. En l'Univers observable veiem cúmuls amb cent-mil o un milió d'estrelles. Potser podrien haver-se format centenars o milers de forats negres a partir d’estrelles properes unes a altres, i van acabar col·lidint en temps suficientment curts?

De moment, més dubtes que respostes. Els nous observatoris, ja en funcionament (per exemple, el James Webb) o en projecte (per exemple, el Square Kilometer Array) en diferents bandes de l’espectre electromagnètic, ajudaran a resoldre, o a avançar en la qualitat de les respostes que cerquem. O això esperem!