José Edelstein, Universitat de Santiago de Compostel·la i Iván Martí-Vidal, Universitat de València

Benvolgut Stephen,

Allò que menys et sorprendrà d'aquestes línies és saber que el teu record resta intacte, tant en la comunitat científica com en la societat. Però estem segurs que, tot i que vas ser un optimista impenitent fins al darrer dia de la teua vida, no et creuries tot el que hem arribat a saber sobre les teues criatures predilectes, els forats negres, des de l'infaust 14 de març de 2018 en què ens vas deixar.

Vas arribar a gaudir d'una fita, la primera detecció d'ones gravitacionals, i et vas entusiasmar en saber que es tractava de la fusió de dos forats negres a més de mil milions d'anys llum.

Estem segurs que vas recrear dins el cap aquell instant final en què dos colossos, que albergaven 29 i 36 masses solars en els seus modestos cossos de poc més de 100 quilòmetres de grandària, es van fondre violentament i van sacsejar, en dues dècimes de segon, el teixit espaciotemporal amb una potència 50 vegades més gran que la de la llum que omple tot l'univers observable.

I si són estels de bosons?

L'historial de deteccions d'ones gravitacionals va seguir el seu previsible camí i avui ja en voregem el centenar. Això no et sorprendrà. Però què ens dius de la que vam observar el 21 de maig de 2019? Ja no és que la fusió s'haja produït a 17 mil milions d'anys llum, sinó que les masses dels forats negres van ser de 66 i 85 sols.

Sí, ho sabem: deus creure que hi ha un error en les xifres. Saps millor que ningú que la mort d'un estel de més de 65 masses solars no hauria de donar lloc a un forat negre. Se suposa que devia sofrir un col·lapse parcial, abans que li arribés l’hora, i desencadenés una violenta explosió. No sabem si hi ha cap error en aquests arguments, si aqueixos forats negres són el resultat d'una fusió prèvia o si –prepara’t!–, no són forats negres sinó estrelles de bosons.

Ja, ja… Ja sabem que diràs que aquests no existeixen, però potser has de començar a acostumar-te a la idea que allò que no existia mentre vivies ho vegem ara per primera vegada. L'última paraula la té sempre la natura.

El anillo de luz que orbita M87

T'hauria tallat l’alè, certament, allò que va aconseguir la col·laboració de l'Event Horizon Telescope unes setmanes abans d'aquell 21 de maig. Saps millor que ningú que els astrònoms ja estan molts anys estudiant com la gravetat afecta la trajectòria dels raigs de llum. Amb tal fi, usen imatges d'astres llunyans, els raigs dels quals passen fortuïtament prop d'objectes molt massius (les famoses lents gravitacionals). Però fins al 2019 ningú no havia aconseguit explorar aquest fenomen en el règim de la gravetat més extrema: els voltants dels teus estimats forats negres.

A l'abril de 2019 vam veure per primera vegada una imatge feta pels raigs de llum que havien estat orbitant ben a prop de l'horitzó de successos d'un forat negre (concretament, el que habita al cor de la galàxia M87). Quant t'hauria agradat veure aquest preciosa imatge! Es tracta d'un anell de llum, majorment format pels fotons, que, després de trencar les seues òrbites inestables pròximes al forat negre, es van escapar d'aquell profund pou gravitatori i van començar el seu viatge de quasi 55 milions d'anys amb rumb cap a la Terra.

Ha sigut possible l'inimaginable: fotografiar forats negres

Però la història no acaba ací. El 2022, el mateix equip d'astrònoms va publicar la imatge de Sagitari A*, el forat negre que viu en el cor de la nostra pròpia galàxia.

Aquests resultats han sigut els primers d'una sèrie d'observacions amb un objectiu molt ambiciós. A més de posar a prova la relativitat general, pretenen usar-ne les imatges per a conèixer al detall els mecanismes pels quals alguns dels forats negres supermassius (quàsars i blàzars) poden produir aquells formidables dolls de matèria i radiació que els caracteritzen i que poden assolir grandàries molt superiors a les de les seues galàxies amfitriones.

Una de les possibles fonts d'energia per a aquests dolls podria venir de la rotació del forat negre, que arrossega l'espai circumdant i obliga les línies de camp magnètic a enrotllar-se al seu voltant i produeix un extraordinari flux electromagnètic en els pols. En aquest cas, l'horitzó de successos, amerat per línies de camp magnètic, podria fer un paper fonamental en el procés de producció dels dolls relativistes, tal com semblen indicar les imatges polaritzades publicades per l'Event Horizon Telescope.

A aquesta altura, ja entendràs per què ens vam veure en la necessitat d'escriure't i interrompre’t el descans. Hi ha tant a contar-te!

A l’interior es formen illes

Què va passar amb la paradoxa de la informació que tan brillantment vas descobrir i tants maldecaps et va produir? Hi ha hagut una autèntica revolució! Segur que recordes el treball en què el teu antic estudiant Don Page, demostrà que l'entrellaçament quàntic de la radiació emesa per un forat negre i les partícules virtuals atrapades a l’interior, la seua entropia, ha de seguir una corba inexorable: comença sent zero quan encara no hi ha radiació emesa i acaba sent zero quan ja s’ha evaporat el forat negre. Per tant, ha d'augmentar inicialment i, després, disminuir. Si això no es compleix, es perdria inexorablement la informació de la matèria que va donar lloc al forat negre o que hi va caure al llarg de l’existència d’aquest.

Pocs mesos després de la teua mort, van començar a aparèixer treballs que, investigant a nivell teòric l'interior dels forats negres, han conclòs una cosa senzillament extraordinària: quan els forats negres envelleixen, desenvolupen a les seues entranyes illes de l'univers exterior. Ens creuries si et contem que dos treballs ho van demostrar, en paral·lel, i que van veure la llum el mateix dia? Sí, exacte, el 21 de maig de 2019! Aquell dia ens vam desconcertar per partida doble: detectant forats negres amb masses inesperades i descobrint que al cor d'aquests astres, en la frontera dels quals crèiem que morien l'espai i el temps, quan recorren la segona meitat de la seua dilatada vida, queden prenyats d'espai i de temps per retornar-nos algun dia allò que ens han llevat. Vas imaginar moltes solucions possibles a la paradoxa de la informació, però mai una de tan desgavelladament bella.

Ens anem acomiadant, però no perquè s'esgoten les novetats. Tantes coses han succeït en tot just quatre anys!

No et contarem que Roger Penrose va guanyar el premi Nobel de Física, perquè potser l'alegria té un pòsit agredolç per a tu.

Deixa'ns acomiadar-nos explicant-te que algunes de les ones gravitacionals detectades suggereixen una possibilitat esborronadora: és probable que molts dels forats negres resultants de les fusions observades hagen eixit disparats a tal velocitat que abandonaren les seues galàxies par sempre. Aquests viatgers, que recorren la immensitat del cosmos amb un univers a les entranyes, ens omplen de melancolia: ens recorden a tu.

José Edelstein, Professor de Física Teòrica, IGFAE, Universitat de Santiago de Compostel·la i Iván Martí-Vidal, Investigador distingit en el departament d'Astronomia i Astrofísica, Universitat de València

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.