Forats negres: mirar als ulls de l’abisme

Quan Joan Vinyoli escrivia allò de “Sé prou que la claror / germina dins la fosca”, poc devia pensar que estava caracteritzant amb una exactitud aclaparadora un dels objectes més dantescos de la natura. Aquest objecte, com la majoria de coses extraordinàries, va néixer de la més pura imaginació en circumstàncies impensables. El 22 de desembre del 1915, a les trinxeres del front rus, el tinent d’artilleria alemany Karl Schwarzschild escrivia una carta a Albert Einstein. Li explicava que entre càlcul i càlcul de projectils, havia resolt exactament les equacions de la relativitat general, publicades tot just feia un mes.

Malgrat ser endimoniadament difícils de resoldre, aquestes equacions són una fita de la creativitat humana i constitueixen la descripció més precisa i completa que tenim de la gravetat. A part de ser la primera solució exacta, el que Schwarzschild havia trobat va revelar-se com una sorpresa enverinada. Si tota la massa de la Terra s’encabís en un espai tan petit com una oliva, es podria crear un objecte esfereïdor: un monstre amb una gravetat abassegadora que ho engoliria tot al seu voltant, inclosa la llum. Com que Einstein sabia bé que les equacions sovint ofereixen més possibilitats que la realitat, es va limitar a felicitar el tinent i a considerar el resultat com una mera extravagància matemàtica.

Einstein moriria el 1955, encara convençut que els monstres gravitatoris de Schwarzschild eren només un producte de la imaginació i la matemàtica. Les noves generacions de físics, però, més agosarades, van recuperar l’interès per aquells objectes tremebunds. I de manera natural va succeir allò que l’il·lustre Max Planck havia esgrimit alguna vegada per consolar el mateix Einstein quan la comunitat científica de principis de segle rebutjava les seves idees: “Les noves veritats científiques no triomfen perquè es convenç els seus detractors, sinó perquè els detractors van morint i les noves generacions creixen familiaritzades amb aquestes idees”.

L’època daurada

Als anys 60, edat d’or de la relativitat general, es van estudiar aquests monstres a fons i es van batejar amb el famós nom de forats negres. Malgrat que avui no hi ha gairebé ningú que dubti que existeixen, encara no s’han observat mai directament. L’indici més clar de l’existència d’un forat negre és el moviment de les estrelles del seu voltant. Al centre de la Via Làctia, per exemple, situat a 27.000 anys llum de la Terra, s’han observat estrelles durant 15 anys i s’ha vist com acceleraven i canviaven de direcció sobtadament. L’explicació més plausible d’aquests canvis de trajectòria és la presència d’una massa equivalent a quatre milions de sols concentrada al bell mig de la galàxia. I el millor candidat a contenir-la és un forat negre anomenat Sagitari A*. Però la Via Làctia no és única. Els astrònoms pensen que al cor de la majoria de galàxies s’hi arrauleix un forat negre.

Com que no emet ni reflecteix llum, l’interior d’un forat negre és un dels misteris més profunds de l’Univers. Tot i això, se sap que al seu voltant es pot aglomerar un disc de matèria que gira i brilla frenèticament a causa de la gravetat immensa del forat. Segons la relativitat general, aquesta claror que germina en la fosca té unes característiques molt concretes. Si es pogués detectar, s’estaria observant directament la vora d’un forat negre, la mateixa frontera de l’abisme a partir de la qual res no pot escapar, el punt de no retorn conegut com a horitzó d’esdeveniments.

Vist des de la Terra, el disc de matèria que envolta Sagitari A* és diminut: es veu de la mida d’un rellotge de polsera situat a la Lluna. Per distingir aquest detall calen telescopis molt sensibles. Un dels paràmetres que més condiciona la resolució d’un telescopi és la grandària: un de vuit metres de diàmetre, per exemple, permet discriminar objectes més petits que un de dos. Els astrònoms han calculat que per apreciar el disc de Sagitari A* caldria un telescopi amb un diàmetre com el de la Terra. Davant d’aquesta dificultat aparentment insalvable, lluny de resignar-se, científics de tot el món han fet mans i mànigues per trobar una solució.

El giny resultant d’aquest esforç és un telescopi virtual, l’Event Horizon Telescope (EHT, Telescopi Horitzó d’Esdeveniments). Se’l qualifica de virtual perquè no es tracta de cap telescopi físic construït al cim d’una muntanya sota un dels cels més nets del planeta. L’EHT és un protocol que aglutina observacions de vuit radiotelescopis distribuïts per tot el món, des dels Estats Units fins a l’Antàrtida, passant per Mèxic, Xile, Hawaii i Espanya. Quan aquest grup actua coordinadament, pot emular les observacions d’un telescopi tan ample com la separació entre els integrants del conjunt, és a dir, gairebé tan gran com la mateixa Terra.

Aconseguir que aquests vuit telescopis observin la mateixa regió del cel alhora i es puguin combinar correctament les dades recollides per tots ells ha requerit anys de feina. Una feinada que culminarà la primera quinzena d’aquest mes d’abril, durant la qual els astrònoms preveuen gaudir de quatre nits senceres d’observació. Dues les dedicaran a observar Sagitari A*, i dues més a observar el centre de la galàxia M87, situada a més de 50 milions d’anys llum, on creuen que hi ha un forat negre com 6.000 milions de sols. Cada nit d’observació generarà dos petabytes de dades, l’equivalent a la capacitat de 4.000 ordinadors portàtils o 27 anys de pel·lícules en alta definició. L’anàlisi d’aquesta quantitat ingent de dades és probable que s’allargui fins al 2018.

El gran repte de la física

Si es descobreixen discrepàncies entre els resultats de l’anàlisi i les prediccions de la relativitat general, caldrà refinar una teoria que no ha mostrat cap debilitat en més de cent anys. A més de comprovar o desmentir la teoria, aquestes observacions poden aportar coneixement rellevant sobre la naturalesa dels forats negres. Un coneixement que pot resultar cabdal, justament perquè en aquests objectes s’apilona molta matèria en espais molt petits i, per tant, les propietats quàntiques i gravitatòries de les partícules es manifesten amb intensitats semblants. Gràcies a aquesta particularitat, que altrament només s’ha produït en el Big Bang, el coneixement dels forats negres pot ser una peça clau per afrontar un dels reptes més engrescadors de la física moderna: la construcció d’una teoria que unifiqui els dos grans marcs que descriuen la natura a nivell més fonamental (la mecànica quàntica, que explica el món microscòpic, i la relativitat general, que descriu el macrocosmos).

Al llarg de les últimes dècades hem vist incomptables recreacions de forats negres en pel·lícules de ciència-ficció, la més versemblant de les quals és la que apareix a Interstellar (Christopher Nolan, 2014). Potser ha arribat el moment de poder fotografiar aquests monstres directament, de mirar-los als ulls de fit a fit i comprovar si quan es mira prou temps un abisme, com deia Nietzsche, l’abisme torna la mirada.