Al mes d'agost, la constel·lació de Perseu esdevé l'escenari de la caiguda d'estels fugaços, conseqüència del pas d'un cometa per l'òrbita terrestre en el punt en què el nostre planeta es troba en els dies centrals d'aquest mes. Per sort, en passar el cometa la Terra estava en un altre punt de la seua òrbita. En cas contrari, potser aquest text no estaria sent escrit, o estaria escrivint una altra cosa. Però no he vingut a parlar de cometes, que en realitat no són objectes de l'Univers violent i indomable. Encara que ens poguera semblar que una col·lisió d'un cometa és un fet violent, això en realitat és poca cosa.

Més enllà de Perseu, és a dir, més enllà de les estrelles que en projecció constitueixen la constel·lació, mirem cap a l'espai intergalàctic. A 240 milions d'anys-llum en aquesta direcció trobem un cúmul de galàxies conegut com a cúmul de Perseu. Conté 190 galàxies i, al seu centre, la galàxia gegant NGC 1275. NGC 1275 té un diàmetre d'uns 170.000 anys-llum. La seua rellevància prové del seu nucli, on un forat negre súper-massiu sembla que engul matèria aportada per altres galàxies, atrapades per l'intens camp gravitatori del forat i la galàxia. I, com ja hem vist, la caiguda de matèria sobre el forat negre és una eficient font d'energia.

La galàxia que en l'interval del visible s'anomena NGC 1275, o Perseus A, és coneguda també en la banda de ràdio amb el nom de 3C 84, així com per la seua emissió en raigs X (amb els mateixos noms que en el visible en aquest cas). Els noms que reben les galàxies en les diferents bandes de l'espectre electromagnètic provenen dels catàlegs que les van registrar. Les sigles NGC signifiquen 'New General Catalog', i 3C significa que va ser enregistrada pel tercer catàleg de ràdio-galàxies de Cambridge. Açò no ajuda de cap de les maneres el pobre astrofísic teòric que malda per relacionar uns noms amb els altres i que se n'adona, potser després d'anys, que dos noms que ha sentit tantes vegades corresponen al mateix objecte. És un calaix desastre entranyable, en qualsevol cas.

Tornem al fil, que me'n vaig per on no toca. El telescopi espacial Hubble en va mostrar una situació complexa, amb estructures filamentoses de gas que podrien ser els canals de caiguda cap al monstre central (Figura 1). En ones de ràdio, la situació encara sembla més complicada, amb bombolles d'emissió desconnectades entre elles. Finalment, en raigs X, les bombolles d'emissió en ràdio apareixen com negatius, és a dir, com absències d'emissió (Figura 2). En conjunt, sembla com si la galàxia tinguera períodes intermitents d'activitat en què injectara matèria.

Centrem-nos ara en les bombolles. Per què brillen en ràdio i en raigs X són buides d'emissió? Quan observem radiació X en galàxies i el seu entorn, típicament respon a la presència de gas poc dens i calent, és a dir, gas interestel·lar i intergalàctic. Allà on no s'hi veu, deu ser que alguna cosa l'ha apartat, generant regions 'buides'. Si observem la mateixa galàxia en ràdio, tenim la resposta: partícules i camps magnètics, que produeixen radiació sincrotró han farcit eixes cavitats (Figura 3).

L'origen d'aquestes partícules (electrons i possiblement positrons, la seua antipartícula) i camp magnètic està al nucli de la galàxia: quan el forat negre central és alimentat per gas, genera dolls de plasma format per partícules elementals i camp, que viatgen per la galàxia i generen aqueixes bombolles. I és que els forats negres no engulen tot el que els arriba, sobretot si el camp magnètic ho pot evitar.

El mecanisme de generació de les bombolles és senzill: la injecció de partícules i energia escombra i aparta el gas de la galàxia mitjançant ones de xoc que, en afeblir-se, es converteixen en pertorbacions o ones (soroll inaudible!). L'afebliment de les ones de xoc ocorreria a conseqüència del cessament de l'activitat nuclear a la galàxia. Ho podem entendre, de fet, com explosions d'una durada limitada.

En conclusió, podem associar la presència d'emissió en ràdio a la injecció de partícules des del forat negre que hi ha al nucli de la galàxia.

I, efectivament, n'hi ha evidències que això és així. Si mirem la corba de llum (Figura 4) emissió total en funció del temps) en ràdio de la galàxia des que se'n tenen registres –expressió manllevada als estimats meteoròlegs dels nostres mitjans de comunicació– veiem una evident oscil·lació. Com podem apreciar, hi ha un fort augment de l'emissió que té el seu cim en la segona meitat dels anys 70 del segle XX. Després, l'emissió en ràdio cau, per tornar a créixer cap a 2010. Amb observacions d'alta resolució en ràdio hem aconseguit distingir una fase d'activitat que es va aturar fa mig segle, i una reinjecció en els darrers 20 anys, d'acord amb el que ens indica la corba de llum. En parlarem amb detall a la següent entrada.

Ara, cal fer un aclariment rellevant: no podem relacionar directament l'oscil·lació que observem en la corba de llum amb les bombolles que veiem a gran escala, perquè les escales de temps han de ser ben diferents en els dos casos. A petita escala, veiem reactivacions del nucli amb una periodicitat de dècades (Figura 4), mentre que a gran escala la periodicitat deu ser més gran (milers d'anys?), com es pot deduir de la grandària i la distància entre les bombolles en aquestes escales (Figura 2). Per tant, estaríem parlant de periodes d'activitat de durada llargues i, al mateix temps, dintre d'aquests períodes llargs, en trobaríem de més curts (Figura 4). La fusió de les ejeccions de les fases curtes donaria així lloc a les bombolles observades a gran escala. Tanmateix, això és només una hipòtesi.

El que si demostren aquestes imatges és que allò que ocorre al centre de la galàxia, a escales poc més grans que el nostre Sistema Solar, afecta tot el seu volum i que això ocorre mitjançant les ejeccions de partícules i camps magnètics. Les imatges revelades per Chandra fa uns anys s'han convertit precisament en un paradigma d'eixe procés.

En la propera entrada parlarem del que veiem amb la major resolució possible, la que ens permeten les observacions en ràdio-freqüències, així com de la manera en què s'injecten les partícules i el camp, i de la relació entre escales, des d'un any-llum a desenes de milers d'anys-llum des del nucli galàctic.

La setmana passada es va publicar una nota de premsa sobre un treball acabat de publicar a la revista nord-americana The Astrophysical Journal. Fins ací, cap novetat, perquè totes les setmanes tenim notes de premsa de resultats més o menys interessants. Si m'ature en aquest cas és per la seua relació directa amb l'arrel d'aquest blog: l'Univers és violent. Els autors del treball ens parlen d'un perill extra-terrestre que havíem subestimat: les supernoves. Un altre.

Fins ara, la llista de perills per a la vida en un planeta amb biosfera funcional incloïa les explosions estel·lars més potents conegudes com erupcions de raigs gamma (gamma-ray bursts) a distàncies de menys d'alguns milers d'anys llum, i les explosions més comunes, supernoves, a distàncies menors d'una trentena d'anys llum. Segons l'article publicat la setmana passada, aquesta distància podria ser molt optimista en el cas de les supernoves: les observacions en raigs X amb satèl·lits han permès revisitar aquesta idea i fan pensar en un escenari més perillós. En definitiva, podríem situar l'article en el gènere del terror científic.

Ara que tenim el què, passem al com. Vam explicar que a les ones de xoc generades per explosions estel·lars poden ser l'origen de part dels raigs còsmics. A més, aquestes regions en expansió són brillants en quasi tot l'espectre electromagnètic, i també en altes energies. Ací és on està el perill per a la vida: la radiació X i gamma podria destruir la capa d'ozó d'una atmosfera planetària. Sense ozó, la radiació ultraviolada travessaria aquesta capa fàcilment, arribant a la biosfera.

Vivim envoltats de radiació electromagnètica però la realment perillosa és la capaç d'ionitzar àtoms, destruir molècules. La radiació ultraviolada, els raigs X i els raigs gamma poden alterar cèl·lules i produir tumors, o directament cremar-nos a les energies més altes. De la banda òptica en avall (energies més baixes), la radiació és innòcua. Altrament, no n'hi hauria vida al planeta. De primer d'empirisme.

Tanmateix, no és suficient amb que les supernoves emeten radiació d'altes energies. Aquesta ha de ser continuada en el temps i suficientment intensa com per alterar l'atmosfera i afectar seriosament la biosfera. Si l'explosió ocorre lluny, o si no és suficientment potent (això depèn del tipus d'estrella), pot quedar tot en una alteració més o menys rellevant de l'atmosfera. El que els autors han descobert és que l'emissió en raigs X de les supernoves és més intensa del que s'havia pensat durant una fase posterior a la inicial. La clau està en que per a un cert tipus de supernoves, l'ona de xoc topeta amb un medi més dens de l'habitual, producte de l'acumulació de material ejectat per pulsacions violentes de l'estrella anteriors a l'explosió.

Aquesta etapa de col·lisió amb un medi dens genera un augment considerable de la producció energètica, més que no s'havia tingut en compte. L'impacte s'iniciaria temps després de l'explosió inicial, en arribar l'ona de xoc a aquesta regió d'alta densitat. Encara pitjor, podria tindre una durada suficientment llarga com per afectar una atmosfera com la terrestre de manera profunda.

Els càlculs que fan els autors indiquen que un cas així podria produir efectes letals a distàncies de fins a 180 anys-llum en els casos més extrems, depenent de la potència de l'explosió. A més de la potència, un altre factor important i poc o gens ben determinat és el de la intensitat de la radiació necessària per fer malbé una atmosfera, que també influeix en el càlcul de la distància de perill.

Els autors proposen cercar registres geològics que puguen revelar episodis d'aquest tipus en el passat, atès que el Sol es troba un una bombolla relativament calenta i de baixa densitat probablement creada per dues o tres explosions estel·lars properes en el passat. També especulen sobre la possibilitat que aquestes supernoves hagen influït de manera rellevant en l'evolució de la vida al nostre planeta.

I ara, la pregunta evident: quina és la probabilitat que això torne a passar? Quant de temps ens resta? No cal patir massa per això, per un doble motiu: per una banda, les estrelles que exploten com supernoves tenen vides molt més curtes que l'edat actual de la galàxia, i, per l'altra, només se'n produeixen de noves amb certa freqüència en llocs on hi ha formació estel·lar activa, i no és el cas en la rodalia del Sol. El nostre entorn més proper és, en aquest sentit, una bassa d'oli. Trobarem, però, nous perills en la galàxia que ens pogueren afectar? Romandrem atents a la literatura científica de terror.

Quan era un xiquet, al meu poble sentia molt el verb 'acaçar' amb el significat de perseguir amb insistència i decisió. Les mares acaçaven els fills que no creien, i el guarda acaçava els petits dimoniets que corrien fent el trapella pels camps. Trobe que la persistència que ens suggereix el mot és molt adient a l'actitud dels astrofísics que perseguien evidències de l'existència de forats negres en la segona meitat del segle XX.

Fins fa ben poc (un parell de dècades), les evidències recollides eren ben bé totes indirectes. Recordem la idea que vam explicar en l'entrada anterior: teòricament, la caiguda de matèria en un forat negre generaria una intensa producció energètica que hauria de ser emesa en forma de radiació electromagnètica –o, si més no, una part de la producció. Resseguint aquesta idea, el primer pas evident era observar amb atenció regions del cel conegudes per emetre radiació d'alta energia.

Un incís evident: això només va poder començar a fer-se quan els primers observatoris de raigs X van ser posats en òrbita. La radiació X no penetra l'atmosfera, de manera que l'única manera de detectar la que prové del cosmos és mitjançant observatoris en òrbita. I, tal com hem explicat, el descobriment dels raigs X d'origen extraterrestre va vindre de la mà de l'espionatge durant la Guerra Freda.

També calia un altre ingredient que també vam introduir en l'entrada anterior: la compacticitat. I com podem saber les dimensions de la regió emissora? Mitjançant la variabilitat de la intensitat de la radiació. Els detectors de radiació X responen a l'arribada de la radiació i la seua resposta depèn de la intensitat d'aquesta. Així, si observem una regió del cel durant un temps determinat, sabrem si l'emissió és constant o canvia amb el temps. Els canvis, de produir-se, han d'estar provocats per processos físics. A més, qualsevol procés físic ha de produir-se mitjançant transmissió d'informació i aquesta transmissió està limitada per la velocitat de la llum. Per tant, de les escales típiques de variació d'intensitat, t, podem deduir que la grandària de la regió és aproximadament igual o menor que c·t, amb c la velocitat de la llum.

Ja tenim els primers requeriments per acaçar sospitosos. Seguim. En la constel·lació del Cigne (visible des de primavera a tardor i imperator zenital de les nits d'estiu) n'hi havia una font que recollia aquests prerequisits: Cygnus-X 1. Betty Louise Webster i Paul Murdin van recollir informació d'una estrella brillant que semblava ser o estar a prop de l'origen de la radiació variable en raigs X.

Cal apuntar que les observacions en raigs X tenien una resolució molt menor que en l'òptic, i per tant no es podia fer un mapa de la regió en aquesta banda, sinó que només se sabia que la radiació venia d'allà i apareixia com un punt brillant de raigs X. Res més.

Van observar com la llum rebuda de l'estrella oscil·lava cap al blau i cap al roig de manera regular, és a dir que es movia apropant-se i allunyant-se de nosaltres. El moviment responia perfectament a les lleis de Kepler, és a dir, a l'esperat d'un moviment orbital. Entorn de què? Webster i Murdin van fer notar que no observaven cap objecte en el lloc on se suposava que havia d'estar per tal d'exercir la força gravitatòria sobre l'estrella. Cap objecte; res. Vet ací per tant la primera evidència indirecta de l'existència real dels forats negres: radiació d'alta energia, variabilitat ràpida que indica regions emissores compactes, i cap mena d'observació directa. El treball va ser publicat a la revista Nature l'any 1972.

L'atent/a lector/a estarà pensant que si l'estrella emet en la banda òptica (telescopis), aleshores d'on prové la radiació X? Aquesta radiació es produeix en l'entorn de l'objecte compacte, produïda per la pèrdua d'energia de la matèria que hi cau (vegeu l'entrada anterior). I, segur que és un forat negre? Deixem aquesta pregunta, la resposta a la qual encara acacen els científics, per a una altra ocasió.