EL COR DE LA VIA LÀCTIA.

Font: Apod.cat Crèdits: NASA, Scott Kelly

Des de novembre de 2000, hi ha hagut persones que han viscut continuadament a l’Estació Espacial Internacional.

Per celebrar el 15è aniversari de la humanitat fora de la Terra, vet aquí aquesta instantània de la nostra galàxia i del nostre món posant junts més enllà de l’Estació. La Via Làctia s’estén per sota de la corba del limbe de la Terra on també hi ha un vermell tènue, la luminescència atmosfèrica. El bulb central de la galàxia apareix amb camps d’estrelles tallats per esquerdes de pols interestel·lar enfosquidora.

La fotografia va ser presa per l’astronauta Scott J. Kelly el 9 d’agost de 2015, el dia número 135 de la seva missió d’un any a l’espai.

La Via Làctia és en una galàxia normal que s’assembla a les milers de milions de galàxies de l’Univers.

La imatge, basada en dades del satèl·lit Gaia, mostra la silueta de la nostra galàxia, la Via Làctia, i de les dues veïnes Núvols de Magallanes. Imatge Credit: ESA

El pla Galàctic és la projecció en el cel del disc galàctic, una estructura aplanada d’uns 100.000 anys llum de diàmetre i un gruix de només 1.000 anys llum.

El centre de la nostra galàxia es troba entre les constel·lacions de Sagitari i Escorpí. Amb llum òptica l’únic que es veu, després d’una llarga exposició, és la imatge del disc galàctic vist des de dintre, és a dir des d’on estem nosaltres.

Quines meravelles hi ha en el centre de la nostra galàxia?

En el clàssic de ciència ficció de Jules Verne “Viatge al centre de la Terra”, el professor Lidenbrock i els seus col·legues exploradors descobreixen moltes meravelles insòlites i emocionants. Els astrònoms ja coneixien alguns d’aquests objectes estranys que hi ha en el nostre centre galàctic, com ara immensos núvols de pols, cúmuls d’estrelles brillants, anells arremolinats de gas i, fins i tot, un forat negre supermassiu.

La pols i el gas que hi ha enmig bloqueja la nostra visió en llum visible de gran part del centre galàctic, però es pot explorar fent servir altres formes de radiació electromagnètica. Per tant, per estudiar el centre galàctic, s’ha d’utilitzar altres longituds d’ona, com les de radio, llum infraroja i raigs X. De fet el primer que es va descobrir a prop del centre galàctic és que hi ha una radiofont molt intensa.

A meitats del s XX, i gràcies al desenvolupament de les tècniques de radar durant la segona guerra Mundial, l’enorme progrés en radio tecnologia va fer un ràpid avanç de la radioastronomia i va desvelar nombroses i potents radiofonts extragalàctiques. Es revelaren com objectes molt compactes i puntuals que semblaven estrelles normals. Se’ls va anomenar quàsars, fonts de radio quasi estel·lars, i que van ser un misteri durant dècades.

Els quàsars són uns objectes descoberts al 1963 per MaartenSchmidt, astrònom holandès. MaartenSchmidt va estudiar un objecte visible i puntual que era un fort emissor d’ones de radio i va observar que era un objecte puntual. Aquest punt no podia ser una estrella, si no que tenia que ser un objecte extragalàctic situat a una enorme distància.

Un quàsar pot generar un bilió de vegades la lluminositat del Sol, que és molt més que la lluminositat d’una galàxia, però a més es troba en un espai que és un milió de vegades menor que el de la nostra galàxia.

Però després de descobrir els quàsars, els astrònoms es van preguntar:

Què podria generar tanta energia en un espai tan petit?

Els forats negres són, potser, els objectes més estranys de l’Univers. Ara per ara, són els més difícils de comprendre.

El terme “forat negre” no s’ha d’entendre com un “forat” en el sentit usual del terme, sinó com una regió de l’espai de la qual res en pot escapar, ni tan sols la llum. És per aquest motiu que se’ls anomena “negres”.

Foto: wikipedia. Vista simulada d’un forat negre davant de la Via Làctia. El forat té 10 masses solars i es troba a una distància de 600 km. Kraus, Ute. «Step by Step into a Black Hole», 2005-03-20.

El que veiem directament no és mai el forat negre, sinó la matèria que cau cap a ell, que forma un disc d’acreció. La matèria va xocant, s’escalfa a temperatures de fins a 12 milions de graus Celsius, unes 2.000 vegades més calent que la superfície del Sol. A aquesta temperatura el gas brilla amb raigs X a baixa energia. Creiem que un quàsar és això mateix: un gran forat negre en el centre d’una galàxia que està engolint matèria i emetent gran quantitat d’energia en forma de llum. I aquesta energia equival al 10% de tota la matèria que cau cap a ell.

Quan un forat negre no està engolint matèria perquè no té res al voltant, es converteix en un objecte completament negre. Si ens apropem a ell veuríem una zona del cel completament fosca perquè no podríem veure res del que hi ha darrera.

A més, la llum que passés a prop seria desviada per l’efecte gravitatori produït per l’enorme força de gravetat del propi forat.

Massa prop d’un forat negre

Font : Apod.cat Crèdit & Copyright: Alain Riazuelo

Si anéssiu directament cap a un forat negre, què veuríeu? Les coses us semblarien molt estranyes, com mostra aquesta imatge generada per ordinador.

El forat negre té una gravetat tan intensa que la llum es doblega apreciablement cap a ell, cosa que causa distorsions visuals molt rares. Cada estrella té almenys dues imatges, una a cada costat del forat negre. Prop del forat negre es pot veure tot el cel: la llum procedent de totes les direccions es doblega i retorna a l’observador.

El mapa del fons s’ha elaborat a partir de l’estudi del cel infraroig 2MASS, amb les estrelles del catàleg de Henry Draper superposades.

Es creu que els forats negres són l’estat més dens de la matèria. Hi ha evidència indirecta de la seva presència en els sistemes estel·lars binaris i en els centres dels cúmuls globulars, de les galàxies i dels quàsars.

Els quàsars tenen un cert període d’activitat. Quant l’univers tenia uns tres mil milions d’anys hi havia molts quàsars actius, és a dir, eren moltes les galàxies que tenien un quàsar en el seu centre.

A l’actualitat, l’Univers ja té quasi 14.000 milions d’anys, l’activitat dels quàsars ha anat disminuint. Hi ha menys matèria que cau cap al centre de les galàxies i queden els forats negres sense aquesta activitat. La nostra galàxia, com la gran majoria, tenia un quàsar en el centre que amb el pas del temps s’ha anat apagant i ara queda un forat negre molt tranquil.

Quan es van descobrir aquests forats supermassius al centre de les galàxies, es va témer que poguessin destrossar tota la galàxia, però ara sabem que és tot el contrari: aquests forats negres són el motor gravitatori que mantenen unides totes les estrelles de la galàxia. Si no fos per ells, potser les estrelles de les galàxies es dispersarien i no es podrien mantenir lligades.

Quan el forat negre s’empassa molt gas del seu voltant, la mateixa radiació que emet, altament energètica, frena el gas que està caient i s’estableix un equilibri de forces, d’aquesta manera el forat negre no s’empassa la galàxia sencera destruint-la, com es podria pensar a d’entrada, sinó que ajuda a cohesionar-la.

Els forats negres són pous de gravetat. Es tracta de matèria que ha col·lapsat sobre si mateixa fins que res ha pogut resistir la seva pròpia força de gravetat. En ells no queda res del que ha caigut, només una massa total.

Des de la Terra, si es llencéssim una pedra amb molta força i superés la velocitat de 11km/s, aquesta podria escapar de la gravetat terrestre. Des de el Sol costaria molt més escapar ja que necessitaria una velocitat molt més alta. Per escapar d’un forat negre faria falta llançar la pedra a una velocitat superior a la velocitat de la llum, la qual cosa és impossible, per això res pot escapar d’un forat negre, ni la llum. Per tant, un forat negre és aquella regió de l’espai on tot el que cau allà, desapareix per sempre.

El tranquil Sagitari A*: El forat negre en el cor de la ViaLàctia.

Font: chandra.harvard .edu.    Illustration of Sagittarius A*

Al 1974, els radioastrònoms van descobrir un objecte puntual, Sagitari A* (SgrA*), que després es va especular que podria ser la manifestació del forat negre supermassiu del centre de la Via Làctia, amb uns 4 milions de vegades la massa del Sol. Amb tan sols 26.000 anys llum de la Terra, Sgr A * és un dels pocs forats negres a l’Univers on realment podem presenciar el flux de la matèria propera.

I després de molts estudis al final de la dècada es va poder explicar amb èxit que “Sagitari A* és un forat negre passant gana”.

“El nostre forat negre està actiu, però està a dieta i menja lentament. Està envoltat de gas a temperatures de milers de milions de graus”, Així, doncs, al cor de la Via Làctia hi ha “un núvol poc dens”.

Durant els últims 15 anys s’han realitzat observacions molt detallades, amb els telescopis VeryLargeTelscope a Xile i des de telescopis d’Estats Units, de les estrelles més properes al centre galàctic. S’ha vist com es mouen al voltant del centre galàctic i han pogut determinar les seves òrbites. El Sol es troba a uns 26.000 anys llum del centre galàctic i triga a donar una volta al seu voltant uns 200 milions d’anys. Està atret gravitatòriament cap al centre per tota la massa que hi ha a l’interior de la seva òrbita, on hi ha milers de milions d’estrelles. En aquesta regió del centre, hi ha una massa puntual i totes aquestes estrelles giren al seu voltant descrivint òrbites com les dels planetes del Sistema Solar.

Font: Apod,cat Crèdits: raigs X NASA / CXC / Q. Daniel Wang (UMASS) et al., IR – NASA/STScI

El forat negre de la Via Làctia, Sagittarius A*, protagonitza aquesta composició d’infrarojos (tons vermell i groc) i de raigs X (blau) basada en les dades d’una àmplia campanya d’observacions del telescopi de raigs X Chandra en òrbita. El requadre mostra l’emissió difusa que envolta el forat negre, una regió que fa aproximadament mig any llum de diàmetre i que es troba a uns 26.000 anys llum de distància del centre de la galàxia.

Els astrònoms han descobert que l’emissió de raigs X, s’origina en el gas calent arrossegat pels vents de les estrelles massives joves de la regió. És a dir, el Sagitari A* sí que atrau matèria cap a dins, però també sabem que la major part d’aquesta matèria és expulsat novament. Les dades del Xandra indiquen que menys de 1% d’aquest gas, dins de la influència gravitatòria del forat negre arriba a l’horitzó de successos o punt de no retorn. És a dir perd la calor i el moment angular suficients per caure en el forat negre, mentre que la resta del gas s’escapa.

Tot això i tots els esdeveniments que van succeint en el cor de la nostra galàxia, ens donen l’oportunitat única d’utilitzar una simple gota de matèria que cau per entendre la física d’un dels objectes més estranys que hi ha la nostra galàxia.

Bibliografia:

• Conferència a l’Associació Astronòmica de Sabadell per Jordi Miralda i Escudé, professor d’Investigació ICREA d’Astrofísica. Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona.
• NASA
• Apod.cat
• Denis Overbye. Ara.cat