Què va ser abans, les estrelles o els forats negres?

El 19 de febrer, un grup d’astrònoms van afirmar que havien descobert el que podria ser l’objecte més voraç i lluminós de l’Univers visible, un forat negre supermassiu que engolia una estrella al dia. Això implicaria que, fa 11.000 milions d’anys, a l’alba dels temps, una gola còsmica s'empassava una massa equivalent a 370 sols cada any. Sí, costa de pair.

En un article publicat a la revista Nature Astronomy, Christian Wolf, de la Universitat Nacional Australiana, i els seus companys del país i d'Europa van qualificar l’objecte en qüestió, que és al centre d’un quàsar anomenat J0529-4351, com “el forat negre de creixement més ràpid de l’Univers”. Segons els seus càlculs, es tractaria d’un dels forats negres més massius mai detectats, amb una massa equivalent a 17.000 milions de sols.

Càlculs incerts?

Però uns altres astrofísics posen en dubte aquest resultat qüestionant els mètodes de càlcul de la massa i la lluminositat del nou quàsar. Asseguren que els càlculs són massa incerts per considerar-los concloents. “El valor pot ser correcte, però no crec que altres observadors se sorprenguessin si resultés que la massa real és una mica inferior”, comenta Daniel Holz, astrofísic teòric de la Universitat de Chicago. “Sí que sembla un objecte extrem”, reconeix. Però afegeix: “M’estranyaria molt que resultés ser el quàsar més lluminós del cel”.

Jenny Greene, professora de ciències astrofísiques a la Universitat de Princeton, ha qualificat el resultat de “bufó”. “És maco això de triar el més brillant d’alguna cosa”, comenta. Tot i això, coincideix amb Holz: “Em fa l’efecte que la diferència de lluminositat entre aquest quàsar i uns altres no és tan gran, tenint en compte la variabilitat històrica dels quàsars. Ni tan sols és clar que aquest objecte sigui més lluminós que els altres”.

Chung-Pei Ma, astrofísica de la Universitat de Califòrnia (campus de Berkeley), també hi diu la seva: segons ella, els càlculs de massa d’aquests forats negres podrien estar equivocats per un factor de dos o de tres: “Massa per fer-me perdre el son pensant en la viabilitat dels models cosmològics dominants”.

Objectes de rècord

Es tracta de xifres de magnituds marejadores, es miri per on es miri. “Hi ha un joc estrany al qual juguem els astrònoms en què sempre busquem el més gran, el més brillant, el més recent, el més antic, etc.”, diu Holz en un correu electrònic. “Els objectes de rècord són una manera eficient d’aprendre coses sobre l’Univers. Els extrems ajuden a il·luminar el contorn d’un problema i a portar les nostres teories fins al punt de ruptura (o més enllà)”.

És precisament el que passa amb els quàsars i els forats negres. Els quàsars són objectes distants que, al cel, semblen estrelles. Als anys 60 es va descobrir que emetien torrents d’energia sorprenents i que brillaven més que cap estrella de la galàxia on eren.

Des d’aleshores, els astrònoms han arribat a la conclusió que tota aquesta energia la produeix matèria que es precipita per forats negres gegantins. De la mateixa manera que una banyera no es pot buidar en un instant, la matèria només pot desaparèixer pel desguàs còsmic a un cert ritme, conegut com el límit d’Eddington, el qual depèn de la mida del forat negre. La resta queda atrapada en una mena de torniquet d’entrada funest, un disc arremolinat i espurnejant que irradia energia. Per aquest motiu els forats negres, malgrat el nom, són els objectes més lluminosos de l'Univers.

Com que tenen un aspecte molt semblant a les estrelles, els quàsars són difícils de detectar al cel. Wolf, un caçador de quàsars consagrat, comenta en un correu electrònic que gaudeix de la cacera: “Fa que em torni a sentir com un nen”.

17.000 milions de sols

En el cas que ens ocupa, el quàsar era visible a simple vista a la base de dades de la nau Gaia de l’Agència Espacial Europea, que ha cartografiat la ubicació i les propietats de milers de milions d’estels des del seu llançament el 2013. Wolf i el seu equip el van identificar com a quàsar després d’observar-lo amb un telescopi a l’Observatori de Siding Spring, a Austràlia. Els mesuraments espectrogràfics posteriors mitjançant el Very Large Telescope controlat per l’Observatori Austral Europeu de Paranal (Xile) els van permetre calcular la grandària del seu disc d’acreció i la velocitat del gas del seu interior.

Això, al seu torn, els va permetre concloure que el forat negre tenia uns 17.000 milions de masses solars i, atesa la grandària, que guanyava massa tan ràpidament com podia segons el límit d’Eddington. “En aquest procés, només el seu disc d’acreció emet una energia radiant que equival a la d’entre 365 i 640 bilions de sols”, escriuen els astrònoms en un article. L’equip espera poder obtenir resultats millors ben aviat gràcies a una versió millorada del nou instrument d’alta resolució anomenat Gravity on the Very Large Telescope i al telescopi Extremely Large Telescope, que s’està construint a Xile.

Reconeixent que en tots els càlculs de la massa d’aquests forats negres distants sorgits als inicis de l’Univers hi ha un marge d’incertesa considerable, Wolf afirma que els nous instruments haurien de ser capaços d’obtenir una imatge ben definida del disc d’acreció i la seva rotació tempestuosa. A partir d’aquesta imatge, es podria estimar amb precisió la massa del forat negre. “Això posarà a prova els nostres mesuraments en el seu extrem més alt i podria ajudar a tancar el debat sobre totes les extrapolacions en què ens basem ara —diu—. Serà, sens dubte, un pas important per a la cosmologia”.

A tall de comparació, el forat negre situat al centre de la Via Làctia només té una massa equivalent a quatre milions de sols i el del centre de la galàxia gegantina M87, a Virgo, del qual s’han obtingut imatges, té una massa de 6.500 milions de sols.

Anteriors a les estrelles?

Les deteccions recents de forats negres supermassius al si de galàxies dels inicis de la història de l’Univers, només 1.000 o 2.000 milions d’anys posteriors al Big Bang, han suscitat un debat sobre com van poder adquirir tanta magnitud tan ràpidament. Els astrònoms han teoritzat durant molt de temps que, quan l’Univers tenia tan sols uns 100 milions d’anys, hi van sorgir els forats negres: les primeres estrelles es van consumir, van explotar i es van fer miques per esdevenir forats negres amb una massa unes quantes desenes de vegades més gran que la del Sol. En principi, amb el pas del temps a una escala còsmica, els forats negres podrien haver anat creixent fins a convertir-se en els monstres que habiten al centre de gairebé totes les galàxies a còpia de fusionar-se amb altres forats negres, acumular gas i engolir ocasionalment alguna estrella que s’hi acostés més del compte.

Amb el ritme de creixement observat, comenta Wolf, el forat negre del quàsar hauria doblat la massa cada 30 milions d’anys, la qual cosa li hauria permès d’assolir els 17.000 milions de sols en qüestió de 3.000 milions d’anys d’ençà del Big Bang. Ara bé, és improbable que els forats negres creixin ininterrompudament a la màxima capacitat, afegeix, i assenyala que només assoleixen el límit d’Eddington de manera intermitent, quan se’ls presenta l’oportunitat de fer un bon tiberi. Telescopis espacials com el James Webb han descobert forats negres dels primers temps de l’Univers amb una massa encara més gran, però cap d’ells és tan lluminós com el J0529-4351.

Això ha portat alguns astrònoms a especular que molts d’aquests forats negres tenen un origen primordial, són anteriors a les estrelles i les galàxies i, des del primer moment, van tenir una massa molt considerable. “Jo mateix m’estic fent a la idea que els forats negres van sorgir abans que les galàxies i van ser la llavor al voltant de la qual es van formar les galàxies en lloc de ser a l’inrevés”, reconeix Wolf. “Això es va proposar fa dècades, però es va considerar massa forassenyat per tenir una acceptació generalitzada”, comenta. Els resultats del nou Telescopi Espacial James Webb, tanmateix, han insuflat vida a aquesta idea. “És un moment molt interessant”, comenta Wolf.