Lorena Sánchez, The Conversation

Al cor de la Via Làctia, la nostra galàxia, batega un forat negre supermassiu, Sagitari A*. Això, ja no ho discuteix ningú. El THE, el Telescopi de l’Horitzó dels Esdeveniments, ha aconseguit fotografiar-lo.

“Quan veig les imatges que el THE ha obtingut d'aquests forats negres, em ve més aviat vertigen. Al cap i a la fi, en aquestes regions existeix una superfície que separa causalment el nostre univers del que s'oculta al seu interior…”. Així descriu Iván Martí-Vidal el significat de veure la cara a l'objecte més extravagant del cosmos, un forat negre supermassiu.

Iván Martí-Vidal, investigador de la Universidad de Valencia, forma parte del equipo científico que ha obtenido la imagen. Le entrevistamos en un día de fiesta mayor para la astrofísica mundial. Iván Martí-Vidal, investigador de la Universitat de València, forma part de l'equip científic que n’ha obtingut la imatge. L’entrevistem en un dia de festa major per a l'astrofísica mundial.

L'observació de Sagitari A* és l'objectiu fonamental del Telescopi de l'Horitzó de dels Esdeveniments?

El Telescopi de l'Horitzó dels Esdeveniments va nàixer amb l'objectiu central que apareix en el seu propi nom: obtenir imatges de forats negres a les escales dels seus horitzons dels esdeveniments (que són aquelles superfícies singulars en què el forat es “desconnecta” del nostre univers). De moment, només coneixem dos forats negres dels quals THE pot obtenir imatges a aquestes escales: el que habita al cor de la galàxia M87 (a poc més de 50 milions d'anys llum) i el que es troba al centre de la nostra pròpia galàxia (a uns 27 000 anys llum de nosaltres), que anomenem Sagitari A* (o, abreujant, SgrA*).

A l'abril de 2019, el THE va fer pública la imatge del forat negre de M87, per la qual cosa el gran objectiu que encara ens quedava per complir era obtenir la imatge de SgrA*. Ara, per fi, i després de molts anys de feina, l'hem obtinguda.

A més d'aquests dos grans objectius (les imatges de M87* i de SgrA*), el THE també ens permet estudiar molts altres forats negres, encara que en tals casos estem limitats a observar-los a escales bastant més grans. El que podem observar en aquests altres forats negres són les regions on es produeixen uns misteriosos fenòmens anomenats “dolls o jets relativistes”, molt característics dels forats negres supermassius. El THE està ajudant-nos a comprendre millor per què es produeixen aquests dolls. Bàsicament, gràcies al THE, estem aprenent molt sobre com es comporta la natura en aquestes regions tan extremes de l'espai i el temps.

Quina és la seua participació en el THE?

Em vaig incorporar a la col·laboració THE en 2014, any en què podríem dir que “va nàixer” el THE en la versió moderna. Originalment, la meua feina havia de centrar-se en el desenvolupament de tots els algorismes necessaris que permetessen al telescopi mil·limètric ALMA (el més sensible del món) incorporar-se a la xarxa THE. Encara que ALMA és un element essencial per al THE, hi havia problemes fonamentals per a poder incorporar-lo als altres elements de la xarxa, problemes lligats al mateix disseny dels telescopis i que, durant un temps, van arribar fins i tot a considerar-se insalvables, dins d'un pressupost i temps raonables. Va ser el meu algorisme “polconvert” el que va permetre combinar sense més problemes les dades d'ALMA amb els de la resta del THE. Des que vaig inventar aquest algorisme, altres xarxes VLBI (sigles en anglès d’interferometria de molt llarga línia de base, és a dir, observacions des de diversos radiotelescopis situats en diferents parts de la Terra) han començat a usar-lo per a resoldre problemes similars al d'ALMA-THE i n’han obtingut uns resultats excel·lents. La veritat és que estic molt orgullós d'aquesta bateria d'algorismes “polconvert”.

He sigut coordinador del grup de polarimetria que, dins del THE, va ser el responsable de la publicació de la imatge polaritzada de M87*. A més, en les observacions de SgrA* també he proporcionat nous algorismes que han permès tenir en compte, amb una precisió sense precedents, els ràpids canvis de brillantor de SgrA* i com aquests afecten les observacions del THE relacionades amb el telescopi ALMA. Aquesta aportació ha sigut especialment interessant per a millorar la qualitat i la solidesa dels resultats que acabem de publicar.

Quan es va prendre la imatge de SgrA*?

La imatge que acabem de publicar de SgrA* correspon a les observacions que vam fer en 2017, justament les mateixes nits que el THE va observar M87* i altres forats negres. Així doncs, encara que les dades per a M87* i SgrA* es van prendre en la mateixa “sessió” d'observació, ens ha costat ni més ni menys que tres anys més obtenir la imatge de SgrA*. El cost computacional i la complexitat dels algorismes necessaris per a aconseguir això han sigut brutals.

Creia que no era possible prendre una imatge directa del forat negre del centre de la nostra galàxia? Hi han trobat un altre camí?

La tècnica que usa el THE no pren imatges directes de les fonts que observa. Més aviat, el que fem en el THE és semblant al funcionament de les ressonàncies magnètiques o les tomografies computades que es fan als hospitals. Aquests dispositius no prenen tampoc imatges directes de les nostres entranyes, sinó que mesuren porcions de quantitats que s’hi relacionen i, usant tècniques d'anàlisi, les converteixen en imatges.

En aquest sentit, el THE és com un “tomògraf”. Només és que, en compte d'observar un cor o un pulmó, observa forats negres, usant la rotació de la Terra a tall de “motor de l'escàner”. El que fem aleshores és combinar els senyals que arriben a diversos radiotelescopis (distribuïts pel planeta), de manera que, en un ordinador, som capaços d'usar aquestes dades per a reconstruir imatges “simulant” un únic telescopi de grandària similar a tota la Terra.

Aquesta és l'estratègia que hem seguit per a obtenir les imatges tant de M87* com de SgrA*. El problema amb SgrA* és que els seus ràpids canvis de brillantor i la seua veloç dinàmica (comparada amb la de M87*) compliquen moltíssim els algorismes de reconstrucció d'imatges. Per aquesta raó hem hagut de retardar tant de temps la publicació d'aquesta imatge.

Quan van aconseguir aquella imatge de Messier 87, Heino Falcke, de la Universitat Radboud de Nimega, va descobrir així allò que va sentir quan van reeixir a donar-li forma: “La sensació és com mirar a les portes de l'infern”. Com ho descriuria vostè?

Encara que li tinc estima, al professor Falcke, la meua visió és molt diferent de la seua en molts aspectes. Per començar, soc ateu, i la meua interpretació particular de les meravelles de l'astronomia no està esbiaixada (o no pretén estar-ho) per cap misticisme antropomòrfic o antropocèntric, com sí que sembla estar-ho la visió de Falcke.

Quan veig les imatges que el THE ha obtingut d'aquests forats negres, em ve més aviat vertigen. Al cap i a la fi, en aqueixes regions existeix una superfície que separa causalment el nostre univers del que s'oculta al seu interior; una superfície on el temps està congelat des del remot passat còsmic; una superfície on el temps i l'espai, de fet, es mesclen; es confonen en formes que els nostres pobres cervells no estan preparats per a imaginar en tota la seua magnitud, encara que sí que les comprenguem en forma d'equacions, gràcies a la formulació de la relativitat general.

Podria descriure'm el que estem veient en la imatge de Sagitari A*?

La imatge de SgrA* mostra un anell de llum, que es correspon amb l'existència del que anomenem una “fotonesfera”. En aquesta regió, la gravetat produïda pel forat negre és tan forta que els raigs de llum que s’hi troben es veuen obligats a orbitar al seu voltant. Imagineu-vos-ho: òrbites fetes de raigs de llum!

La grandària d'aquest anell fotonesfèric és, a més, just el que prediu la teoria de la relativitat general, si usem la massa de SgrA* que va ser ajustada a partir de les òrbites d'estels pròxims (un estudi que, a Andrea Ghez i Reinhard Genzel, els va valdre el premi Nobel de Física de 2020, compartit amb Roger Penrose). Això confirma, per enèsima vegada, que la relativitat d'Einstein funciona amb una finor tremenda. Els forats negres de M87* i SgrA*, fins i tot tenint masses molt diferents (el primer és 1 500 vegades més massiu que el segon), obeeixen a la relativitat general amb precisió i exactitud. Avui Einstein s'ha anotat un nou punt.

Quants anys han estat processant les dades que els han portats a la fotografia de SgrA*?

Estem treballant en això des d'abril de 2017, quan es van prendre les observacions. Encara que, per a ser justos, l'aventura comença moltíssim abans. Ja en la dècada dels noranta del segle passat, quan començava a desenvolupar-se seriosament la tecnologia d’interferometria astronòmica mil·limètrica, estaven germinant les llavors del que en el futur acabaria sent el THE. Les observacions pioneres de SgrA* amb xarxes VLBI (com la del THE, però amb menor resolució i molta menys sensibilitat) són d'aquella dècada. M'hauria encantat ser allí, prenent aquelles primeres observacions que marcarien el principi d'aquest meravellós projecte!

Quina sensació produeix investigar forats negres? Si Einstein alcés el cap…

Si Einstein alcés el cap, igual tornaria a morir-se del gust quan li expliquessen que, ni més ni menys que al principi del segle XXI, la tecnologia humana ja ha avançat prou per a permetre la detecció d'ones gravitacionals i l'obtenció d'imatges de forats negres.

El mateix Einstein va arribar a plantejar que els forats negres no haurien d'existir a l'Univers (i que, per tant, eren una mera curiositat matemàtica de les seues equacions). També va aventurar que la humanitat no podria arribar mai a detectar les ones gravitacionals que la seua teoria predeia, atès l'ínfim senyal que aquestes ones imprimeixen en els detectors. I, així i tot, com hem vist, els humans hem aconseguit totes dues coses en un temps rècord: bàsicament, poc més d'un segle després que Einstein plasmés per primera vegada les seues equacions en una afortunada pissarra.

Parlant d’“els grans”, una cosa que m'entristeix molt és que el professor Stephen Hawking no haja pogut viure prou per a veure la imatge de M87* que vam publicar en 2019. No puc imaginar què hauria sentit Hawking en mirar “cara a cara” aquest forat negre. No crec que la paraula vertigen pogués haver-ho descrit ni de bon tros. M'hauria encantat ser-ne partícip, com a membre del THE, d'aquest regal i homenatge a la vida del professor Hawking. Però no ha pogut ser.

És cert que SgrA* es troba en estat de “letargia” i que no disposa de la capacitat dels altres, els actius, per a convertir la matèria en energia?

L’“activitat” d'un forat negre s'entén com la seua capacitat per a atraure matèria a un ritme molt alt i produir (eventualment) “dolls relativistes” molt energètics, fets d'una part d'aquesta matèria que, en compte de ser engolida, és expel·lida a unes velocitats molt pròximes a les de la llum.

Els forats negres més “actius” solen ser també els més llunyans. En astronomia, mirar més lluny és sinònim de mirar cap al passat (ja que la llum es propaga a una velocitat finita), per la qual cosa una conclusió bastant lògica és que els forats negres supermassius que habiten al centre de les galàxies van ser (molt) més actius en el passat remot i, amb el temps, s'han anat “apagant”. N’hi ha excepcions, però són molt poques.

El nostre centre galàctic està ja temps “desactivat”, en el sentit que el ritme al qual va engolint matèria és baixíssim, i no li deixant tampoc produir cap “doll relativista” que siga prou intens per a poder detectar-lo bé des de la Terra. A més, és un forat negre poc massiu (la seua massa equival “solament” a la d'uns 4 milions de sols), cosa que no li dona tant de poder per a atrapar i engolir al mateix ritme que els seus germans més grans.

Per què SgrA* és menys lluminós del que hauria de ser, tenint en compte la quantitat de gas disponible en el seu entorn?

SgrA* no disposa de tant gas i pols per a tenir una alta activitat. Bàsicament, la poca quantitat que pot engolir li la proporciona un petit disc d’acreció i poc més que els vents dels estels pròxims (tots els estels van perdent massa, en forma de vent, a mesura que envelleixen). A banda de tenir tan escàs material per a “menjar”, SgrA* també és molt menys eficient atraient aquest material. La seua eficiència és milers de vegades menor que la de M87* (l'altre forat negre “fotografiat” amb el THE). Totes aquestes circumstàncies juntes fan de SgrA* un forat negre relativament tranquil i apagat. De fet, si estigués en una altra galàxia pròxima (en lloc de tenir-lo “ací al costat”), seria tan feble que no el detectaríem.

A què es deuen les fulguracions que es detecten, aquesta espècie d'estels fugaços que es produeixen en el seu entorn?

La veritat és que encara desconeixem els detalls que hi ha darrere de la física d'aqueixes fulguracions infraroges i de raigs X en SgrA*. Una possibilitat bastant plausible és que estiguen relacionades amb pujades molt localitzades de l'activitat magnètica en el disc d’acreció (allò que anomenaríem “reconnexions magnètiques”), que escalfen molt el material que hi ha en aquesta regió. A més, de tant en tant, SgrA* es troba un petit “festí” (algun desafortunat conglomerat de gas i pols que s'acosta massa al forat negre i acaba sent engolit). Quan això ocorre, el material en caiguda cap al forat negre s’escalfa i també pot emetre una forta radiació.

El satèl·lit Integral (ESA) va descobrir que fa tres-cents cinquanta anys SgrA* va experimentar una etapa d'activitat que degué durar una dècada, que va augmentar la seua emissió quasi un milió de vegades i va inundar d'energia en raigs gamma l'espai circumdant. Han apreciat un augment en l'activitat del forat negre?

L'emissió de SgrA*, en el pla qualitatiu, no ha canviat gran cosa durant les últimes dècades. Sí que hi ha hagut alguns episodis remarcables, però pocs i no gens intensos. Podem dir que, estadísticament parlant, SgrA* es troba en una etapa tranquil·la.

Fins ara, s'ha aconseguit informació sobre els estels que l’orbiten: és cert que arriben a cinc mil quilòmetres per segon?

En efecte. De fet, els estels que descriuen aqueixes òrbites arriben a acostar-se bastant (perillosament, diria jo) a SgrA*. Em sembla recordar que l'acostament màxim es produeix ni més ni menys que a unes 17 hores llum.

Ara bé, aquestes 17 hores llum no són res comparat amb els poc més de 3 minuts llum de grandària de la imatge del HTS. Gràcies a la imatge que acabem de publicar, hem pogut “confinar” la massa de SgrA* (equivalent a uns 4 milions de sols) a un volum tan menut que l'única explicació plausible que queda per a aquest astre és la d'un forat negre.

La meua última pregunta és personal: li agradaria viure mil anys més? Aleshores ho sabríem tot sobre l'Univers?

Quan pense en la possibilitat de viure tant de temps, no puc evitar recordar la pel·lícula Els immortals, amb aquella fabulosa banda sonora de Freddie Mercury. Poder presenciar el progrés de la humanitat i ser testimoni dels fascinants descobriments que ens esperen és molt temptador, però no m'agradaria experimentar aquesta aventura havent sobreviscut a incomptables generacions dels meus éssers estimats. Soc científic, i em fascina l'avanç del coneixement, però hi ha preus que no estaria disposat a pagar per ser testimoni d'aquest avanç durant els pròxims segles.

Sobre si podrem saber-ho “tot” sobre l'Univers: més aviat ho dubte. No perquè em falte confiança en la capacitat humana, sinó perquè la metodologia científica és incompatible amb aquesta idea de “saber-ho tot”.

És possible que, algun dia, tinguem a les nostres mans una cosa que puguem anomenar “teoria del tot”, però mai, mai, no podrem estar completament segurs que aquesta teoria descriu tots i cadascun dels fenòmens naturals. I encara que així fos, sempre hi hauria fenòmens a l'Univers que (encara que poguessen ser predits per aqueixa teoria) no haurien sigut plantejats ni considerats, i estarien esperant ser descoberts.

La meua visió personal (i una miqueta optimista) de l'avanç científic per als pròxims segles és que la nostra tecnologia ens permetrà resoldre els grans reptes als quals ara s'enfronta la nostra civilització; i ens permetrà enfrontar-nos, a més, a noves preguntes que ara com ara ni tan sols podem formular.

Lorena Sánchez, Ciència i Medi Ambient, The Conversation

Aquest article es va publicar originalment en The Conversation. Llegiu l'original.