{"id":3499,"date":"2020-10-21T08:49:04","date_gmt":"2020-10-21T07:49:04","guid":{"rendered":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/?p=3499"},"modified":"2020-10-23T08:54:56","modified_gmt":"2020-10-23T07:54:56","slug":"premi-nobel-forat-negre-via-lactia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/premi-nobel-forat-negre-via-lactia\/","title":{"rendered":"El premi Nobel pel descobriment del gran forat negre al centre de la Via L\u00e0ctia"},"content":{"rendered":"\n

Si hem de seleccionar un descobriment cient\u00edfic que sigui el m\u00e9s significatiu de la d\u00e8cada del 2011 al 2020 que ara s’acaba, tant en f\u00edsica com en astronomia elegir\u00edem sens dubte les ones gravitat\u00f2ries<\/a><\/strong> i els forats negres<\/a><\/strong>. La detecci\u00f3 d’ones gravitat\u00f2ries ja va ser el motiu d’un premi Nobel l’any 2017, en reconeixement de la fita assolida per la missi\u00f3 LIGO<\/a> i la tecnologia de la interferometria l\u00e0ser<\/a> que va permetre percebre les min\u00fascules oscil\u00b7lacions de l’espai-temps quan l’ona gravitat\u00f2ria es propaga a trav\u00e9s de la Terra. Aquell premi Nobel celebrava tamb\u00e9 el primer sondeig de la gravetat dels forats negres a prop del seu horitz\u00f3, all\u00e0 on les velocitats dels objectes en caiguda lliure s’acosten a la de la llum i les lleis de la relativitat general que regulen la gravetat es desvien en gran mesura del que hauria predit la teoria de Newton. Les ones gravitat\u00f2ries ens han ofert la clau per observar la intimitat relativista dels forats negres en el seu acte m\u00e9s espectacular: la fusi\u00f3 de dos forats negres en un de sol.<\/p>\n\n\n\n

Ara, el 2020, el premi Nobel de f\u00edsica atorgat a <\/strong>Roger Penrose<\/strong><\/a>, <\/strong>Reinhard Genzel<\/strong><\/a> i <\/strong>Andrea Ghez<\/strong><\/a> celebra novament la descoberta d’un forat negre<\/strong> que portem molt al fons del nostre cor. I el portem tan al fons perqu\u00e8 en realitat \u00e9s just al fons de tot de la nostra llar gal\u00e0ctica: al centre de la nostra gal\u00e0xia, la Via L\u00e0ctia<\/strong>. En aquest cas, en lloc de les ones gravitat\u00f2ries, hem fet servir mesures astron\u00f2miques de precisi\u00f3 amb grans telescopis \u00f2ptics a la Terra per seguir els moviments de les estrelles que m\u00e9s s’acosten al forat negre. La tecnologia clau ha estat la de l’\u00f2ptica adaptativa<\/a><\/strong>, que ens permet corregir la turbul\u00e8ncia de l’atmosfera terrestre per copsar en gran detall el niu d’estels que es mouen a la regi\u00f3 central de la Via L\u00e0ctia.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
D’esquerra a dreta: Roger Penrose, Reinhard Genzel i Andrea Ghez, guanyadors del premi Nobel de F\u00edsica 2020.
(Font \/ C\u00e8dits: physicsworld.com \/ IOP Publishing\/Tushna Commissariat; CC-BY-SA H Garching; UCLA\/Christopher Dibble)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
A l’esquerra: Sala de control de LIGO a Livingston.
(Font\/Cr\u00e8dits: Wikimedia Commons \/ Amber Stuver, CC BY-SA 4.0)
A la dreta: Vista a\u00e8ria de les instal\u00b7lacions LIGO a Hanford, Washington.
(Font\/Cr\u00e8dits: ligo.caltech.edu<\/a> \/ Caltech<\/a> ) <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Efecte de la turbul\u00e8ncia atmosf\u00e8rica sobre l’estel HIC 59206 observada amb el Very Large Telescope<\/a>. A l’esquerra, sense correcci\u00f3, a la dreta, amb la correcci\u00f3 que permet l’\u00f2ptica adaptativa.
(Font \/ Cr\u00e8dits: commons.wikimedia.org \/ European Southern Observatory )<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Aquest premi Nobel reconeix tamb\u00e9 el treball d’un f\u00edsic te\u00f2ric, Roger Penrose, que fou cabdal per poder predir l’exist\u00e8ncia de forats negres al nostre univers. La hist\u00f2ria d’aquesta predicci\u00f3 comen\u00e7a just quan Albert Einstein<\/a> formul\u00e0 la teoria fonamental que ens hi va dur: la teoria de la relativitat general, que descriu la gravetat com una manifestaci\u00f3 de la curvatura de l’espai-temps. L’any 1915, el f\u00edsic Karl Schwarzschild<\/a> trobava una soluci\u00f3 de les equacions d’Einstein per a la gravetat d’una massa puntual, per\u00f2, malauradament, va morir al cap de pocs mesos d’una malaltia mentre era al front de guerra a R\u00fassia.<\/p>\n\n\n\n

La soluci\u00f3 de Schwarzschild cont\u00e9 una singularitat de l’espai-temps, i una superf\u00edcie que l’envolta que anomenem horitz\u00f3 d’esdeveniments<\/a><\/strong>. Qualsevol part\u00edcula (material o de llum) que caigui a l’interior d’aquest horitz\u00f3 ja no podr\u00e0 escapar-ne mai m\u00e9s, i totes les traject\u00f2ries possibles la duran irremeiablement cap a la singularitat central, on el temps f\u00edsic s’acaba quan les forces de marea esdevenen infinitament grans i converteixen tot objecte en un espagueti infinitament estirat en la direcci\u00f3 radial i esclafat en les direccions tangencials. La soluci\u00f3 de Schwarzschild, per\u00f2, no semblava gaire realista: suposava simetria esf\u00e8rica perfecta. Ja se sap que els f\u00edsics, si hem de fer un model d’una vaca, comencem suposant que la vaca \u00e9s esf\u00e8rica per poder simplificar els c\u00e0lculs, per\u00f2 aquesta aproximaci\u00f3 no sempre ens porta a prediccions realistes. La majoria de f\u00edsics creien que una estrella real no podria acabar mai com aquella soluci\u00f3 de Schwarzschild amb propietats tan estramb\u00f2tiques.<\/p>\n\n\n\n

M\u00e9s endavant, Robert Oppenheimer<\/a> estudiava el dest\u00ed dels estels m\u00e9s massius, que acaben la vida formant estels de neutrons que col\u00b7lapsen fins a densitats alt\u00edssimes. Una massa d’unes dues vegades la del Sol es concentra dins d’un radi de poc m\u00e9s de 10 quil\u00f2metres, tan petit com unes poques vegades el radi de Schwarschild que correspon a aquesta massa. L’any 1939, Oppenheimer va deduir que a partir d’una certa massa m\u00e0xima, l’estel de neutrons ja no podria aguantar m\u00e9s el seu propi pes i es veuria emp\u00e8s a col\u00b7lapsar en un objecte que podria ser com el de la soluci\u00f3 de Schwarzschild. Un altre descobriment important va venir del matem\u00e0tic novazeland\u00e8s Roy Kerr<\/a>, que el 1963 trobava una soluci\u00f3 m\u00e9s completa de les equacions d’Einstein per a la gravetat d’una massa col\u00b7lapsada: un forat negre que, a m\u00e9s de tenir una certa massa, gira amb un cert valor del moment angular. La soluci\u00f3 ja no t\u00e9 simetria esf\u00e8rica i prediu difer\u00e8ncies importants en el camp gravitatori en funci\u00f3 del gir del forat negre, per\u00f2 mant\u00e9 les sorprenents propietats d’un horitz\u00f3 d’esdeveniments dins del qual cap part\u00edcula ni informaci\u00f3 de cap mena pot eixir a l’univers exterior, i d’una singularitat de l’espai-temps a l’interior d’aquest horitz\u00f3.<\/p>\n\n\n\n

Tot aix\u00f2 ja donava una gran versemblan\u00e7a a la idea que aquestes solucions de la teoria d’Einstein potser es corresponien amb objectes reals, forats negres que podien existir a l’univers. Per\u00f2 la confirmaci\u00f3 te\u00f2rica del que implicaven aquestes solucions, i la predicci\u00f3 definitiva que els forats negres existeixen, vingu\u00e9 de la m\u00e0 de Roger Penrose i Stephen Hawking<\/a> que van demostrar el 1965 un important teorema sobre les singularitats en la teoria de la relativitat. Diu el seu teorema que aquestes singularitats, lluny de ser un artefacte de solucions especials que elegeixen els matem\u00e0tics per poder simplificar els seus c\u00e0lculs, s\u00f3n en realitat una conseq\u00fc\u00e8ncia inevitable del col\u00b7lapse gravitatori de la mat\u00e8ria quan s’arriba m\u00e9s enll\u00e0 d’un cert estat de compressi\u00f3; en concret, quan la velocitat d’escapada necess\u00e0ria per poder fugir de la gravetat d’un estel des de la seva superf\u00edcie s’acosta a la velocitat de la llum.<\/p>\n\n\n\n

Fou tamb\u00e9 durant la d\u00e8cada dels seixanta que les observacions astron\u00f2miques comen\u00e7aven a descobrir objectes que podien ser una manifestaci\u00f3 de fen\u00f2mens f\u00edsics associats a forats negres. El 1963, Maarten Schmidt descobria els primers qu\u00e0sars<\/a><\/strong>, unes fonts lluminoses que semblaven estels per\u00f2 que, quan se’n prenia un espectre, se’n dedu\u00efa una dist\u00e0ncia enorme per la seva brillantor en el cel. La lluminositat implicada era quelcom prodigi\u00f3s mai vist abans: els qu\u00e0sars s\u00f3n nuclis gal\u00e0ctics que poden arribar a emetre m\u00e9s de mil vegades la llum de tota una gal\u00e0xia com la Via L\u00e0ctia. L’espai d’on sorgeix l’emissi\u00f3 de llum m\u00e9s intensa que observem en tot l’univers \u00e9s tan petit (semblant a la mida del nostre sistema solar), que l’\u00fanic mecanisme concebible per produir aquesta ingent quantitat d’energia \u00e9s l’acreci\u00f3 de mat\u00e8ria cap a un forat negre de gran massa, una massa milions de vegades superior a la del Sol. Encara que un forat negre no pot emetre cap llum des de l’interior de l’horitz\u00f3, si la mat\u00e8ria del seu voltant cau cap al forat negre i s’acosta prou a l’horitz\u00f3, s’accelera en la seva caiguda fins a velocitats properes a la de la llum i pot emetre una gran lluminositat des de l’espai proper per\u00f2 exterior a l’horitz\u00f3. Quan la mat\u00e8ria xoca, es frena i forma un disc d’acreci\u00f3, bona part de la seva massa en rep\u00f2s \u00e9s convertida en energia lum\u00ednica i emesa cap a l’univers distant.<\/p>\n\n\n\n

Els astr\u00f2noms no van trigar a descobrir que els qu\u00e0sars havien tingut una \u00e8poca d’activitat molt elevada en el passat de la hist\u00f2ria de l’univers, per\u00f2 que actualment la majoria estan apagats. El gran forat negre en el nucli d’una gal\u00e0xia que va fer viure un qu\u00e0sar en el passat pot quedar, per tant, adormit i amagat quan les condicions f\u00edsiques de la gal\u00e0xia que l’envolta fan que deixi de caure-hi grans quantitats de mat\u00e8ria interestel\u00b7lar. Diverses observacions astron\u00f2miques, sobretot les obtingudes pel telescopi espacial Hubble<\/a> explorant les velocitats dels estels en nuclis gal\u00e0ctics propers, van anar indicant que els nuclis de la majoria de gal\u00e0xies grans allotjaven probablement forats negres de gran massa. Entre aquestes, la gal\u00e0xia d’Andr\u00f2meda (la nostra ve\u00efna) i la Via L\u00e0ctia.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Impressi\u00f3 d\u2019artista del qu\u00e0sar P\u014dniu\u0101\u02bbena, el primer qu\u00e0sar que va rebre un nom ind\u00edgena hawai\u00e0, descobert el 2020 amb els telescopis de Maunakea, Hawai.
(Font \/ Cr\u00e8dit: phys.org \/ International Gemini Observatory \/ NOIRLab \/ NSF \/ AURA \/ P. Marenfeld)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Per determinar la pres\u00e8ncia d’un objecte massiu en el centre d’una gal\u00e0xia, hem de mesurar la velocitat d’estels que orbiten a diverses dist\u00e0ncies. El nostre Sol orbita a 26 mil anys llum del centre de la Via L\u00e0ctia i, movent-se a uns 240 quil\u00f2metres per segon, triga uns 200 milions d’anys a fer la volta. La gravetat que mant\u00e9 el Sol en la seva \u00f2rbita \u00e9s la que prov\u00e9 de la massa de la Via L\u00e0ctia (no nom\u00e9s la del forat negre central, molt petita en comparaci\u00f3). Si mirem estels m\u00e9s propers al centre de la gal\u00e0xia, fins a una dist\u00e0ncia d’uns 5 anys llum, les velocitats en les seves \u00f2rbites s\u00f3n similars a la del Sol, cosa que indica que la massa que les atrau est\u00e0 distribu\u00efda per l’espai de forma similar als mateixos estels de la Via L\u00e0ctia. Per\u00f2 si ens fixem en estels a menys de 5 anys llum del centre, veiem que les seves velocitats orbitals s\u00f3n m\u00e9s grans com m\u00e9s a prop s\u00f3n del centre. La massa que les mant\u00e9 en \u00f2rbita es dedueix de la mesura de les seves velocitats i radis orbitals: \u00e9s una massa constant d’un objecte situat al centre.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9s a trav\u00e9s d’observacions com aquestes que els equips cient\u00edfics de Reinhardt Genzel i Andrea Ghez han aconseguit, amb l’\u00fas dels grans telescopis europeus a Xile<\/a> i dels nord-americans a Hawaii<\/a>, acumular al llarg dels \u00faltims 25 anys l’evid\u00e8ncia que al centre de la Via L\u00e0ctia hi ha un forat negre de 4,2 milions de masses solars. Per poder observar els estels que es mouen en la zona central de la Via L\u00e0ctia, cal detectar llum infraroja atesa la gran quantitat de pols que ens tapa la visi\u00f3 del centre gal\u00e0ctic. En l’infraroig, l’absorci\u00f3 per pols \u00e9s menor que per la llum visible, i una part de la llum infraroja aconsegueix travessar la pols i arribar fins als nostres telescopis. Al principi, les observacions ens mostraven nom\u00e9s una llum esborronada prop del centre gal\u00e0ctic, provinent d’una gran concentraci\u00f3 d’estels que no pod\u00edem veure b\u00e9 amb la resoluci\u00f3 de les imatges \u00f2ptiques tal com s’obtenen des de la superf\u00edcie de la Terra. Per\u00f2 la millora progressiva de la tecnologia de l’\u00f2ptica adaptativa al llarg dels anys ha perm\u00e8s poder resoldre aquesta llum infraroja en centenars d’estels i poder seguir les seves \u00f2rbites. Aquesta recerca ha demostrat que les velocitats de les estrelles impliquen que la massa que les atrau \u00e9s la d’un objecte massiu central i enormement concentrat, com ho pot ser nom\u00e9s un forat negre. L’estel m\u00e9s proper al centre que s’ha observat en detall, anomenat S2, t\u00e9 un per\u00edode orbital al voltant del forat negre de nom\u00e9s 16 anys i arriba a acostar-s’hi fins a nom\u00e9s 120 unitats astron\u00f2miques (o 120 vegades la dist\u00e0ncia de la Terra al Sol). Observacions detallades dels \u00faltims anys han perm\u00e8s determinar, a m\u00e9s de la massa exacta del forat negre, que l’\u00f2rbita de l’estel S2 precessiona tal com prediu la relativitat, igual com ho fa el planeta Mercuri en la seva \u00f2rbita al voltant del Sol, cosa que fou la primera prova observacional reeixida de la teoria d’Einstein de la gravetat.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Representaci\u00f3 art\u00edstica d’un forat negre supermassiu que gira r\u00e0pidament envoltat d\u2019un disc d\u2019acreci\u00f3. Aquest disc prim de material est\u00e0 format per les restes d\u2019una estrella semblant al Sol que va ser esquin\u00e7ada per les forces de marea del forat negre.
(Font \/ Cr\u00e8dit: eso.org \/ ESO)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
L’evid\u00e8ncia m\u00e9s convincent que Sgr A * (la font de r\u00e0dio detectada a la constel\u00b7laci\u00f3 de Sagitari el 1974 i batejada amb el nom de Sagitari A* el 1982) \u00e9s en realitat un forat negre i no una estrella, prov\u00e9 de l’estudi del moviment de les estrelles que es mouen prop de l’objecte. Estudiant les \u00f2rbites d\u2019aquestes estrelles durant molts anys els astr\u00f2noms poden mesurar la massa de l\u2019objecte que estan orbitant les estrelles. Aquest v\u00eddeo mostra les \u00f2rbites d\u2019aquestes estrelles durant una d\u00e8cada.
(Font \/ Cr\u00e8dit: eventhorizontelescope.org \/ Prof. Andrea Ghez – Keck\/UCLA Galactic Center Group)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Les observacions del centre gal\u00e0ctic han fet un salt gegant\u00ed amb el nou instrument anomenat Gravity<\/a><\/strong> que s’ha instal\u00b7lat en els telescopis de l’Observatori Europeu del Sud<\/a>, als Andes xilens. Mitjan\u00e7ant la t\u00e8cnica d’interferometria, que combina la llum de quatre telescopis, s’ha aconseguit revelar el moviment de la mat\u00e8ria en forma de plasma que s’acreta cap al forat negre mentre emet flamarades en l’infraroig, quan ja arriba a l’\u00f2rbita estable m\u00e9s petita que rodeja el forat negre a una dist\u00e0ncia de menys d’una unitat astron\u00f2mica, just abans d’abocar-se definitivament cap a l’horitz\u00f3 d’esdeveniments on desapareix per sempre m\u00e9s. Aix\u00f2 demostra definitivament que l’objecte central de la Via L\u00e0ctia que lliga els estels en les seves \u00f2rbites fins a 5 anys llum de dist\u00e0ncia i engoleix el plasma que t\u00e9 m\u00e9s a prop \u00e9s un forat negre de 4,2 milions de masses solars. En els propers anys, les mesures poden millorar encara m\u00e9s amb l’observaci\u00f3 d’altres estels que s’estan trobant encara m\u00e9s a prop del forat negre: el m\u00e9s proper, descobert tot just l’any passat, t\u00e9 un per\u00edode de nom\u00e9s 10 anys i s’acosta en el pericentre fins a nom\u00e9s 18 unitats astron\u00f2miques del forat negre. Aix\u00ed mateix, les observacions de les flamarades emeses pel plasma que s’acreta al forat negre ens aportaran nova informaci\u00f3. En concret, el descobriment m\u00e9s preuat seria que es pogu\u00e9s detectar algun efecte en les \u00f2rbites prou properes al centre per distingir un forat negre de Schwarzschild perfectament esf\u00e8ric d’un forat negre de Kerr, en qu\u00e8 el camp gravitatori gira i obliga la mat\u00e8ria que cau a acompanyar-lo en el seu gir.<\/p>\n\n\n\n

El premi Nobel del 2020 commemora uns descobriments que han canviat per sempre la comprensi\u00f3 del nostre univers: els forats negres han deixat de ser elucubracions te\u00f2riques amb propietats fant\u00e0stiques. Ara ja s\u00f3n objectes reals del nostre univers, amb els quals podem observar fen\u00f2mens que ens menen cap als l\u00edmits de les lleis f\u00edsiques conegudes. Les paradoxes que ens plantegen els forats negres sobre la informaci\u00f3 que desapareix quan cau alguna cosa a trav\u00e9s de l’horitz\u00f3 s\u00f3n preguntes cabdals sobre fets reals que observem cada dia. Si alguna cr\u00edtica podem fer a la concessi\u00f3 d’aquest premi Nobel, \u00e9s que potser arriba massa tard, i que ens hauria agradat que hagu\u00e9s pogut ser compartit tamb\u00e9 per Stephen Hawking<\/strong>, el gran f\u00edsic que ens va deixar el 2018 i que m\u00e9s ha sabut indagar en els secrets dels forats negres.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Stephen Hawking i Roger Penrose
(Font \/Cr\u00e8dits: digitaltrends.com \/ Oxford University)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

(Font \/ Cr\u00e8dits: enciclopedia.cat\/divulcat\/<\/a> \/ Dr. Jordi Miralda Escud\u00e9<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Si hem de seleccionar un descobriment cient\u00edfic que sigui el m\u00e9s significatiu de la d\u00e8cada del 2011 al 2020 que ara s’acaba, tant en f\u00edsica com en astronomia elegir\u00edem sens dubte les...<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":3539,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[50],"tags":[],"class_list":["post-3499","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-noticies-articles-externs"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3499","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3499"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3499\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/3539"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3499"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3499"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astroterrassa.org\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3499"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}