Quan els forats tenen premi

Dimarts passat es van anunciar els guanyadors del Premi Nobel de Física 2020. Per segon any consecutiu, l’astrofísica està d’enhorabona després que l’any passat premiessin Jim Peebles, pare de la cosmologia moderna, i Michel Mayor i Didier Queloz, els primers a detectar planetes extrasolars. Aquest any els guardonats han sigut Roger Penrose, Reinhard Genzel i Andrea Ghez per la seva feina, tant teòrica com observacional, al voltant dels objectes més fascinants i més misteriosos del nostre univers, els forats negres.

L’existència d’aquests objectes ha captivat generacions. A finals del segle XVIII, alguns visionaris havien proposat l’existència d’estels invisibles tan massius que la llum no se’n pogués escapar. Però no va ser fins al 1915, quan Einstein postula la seva teoria de la relativitat general, que la idea va esdevenir una possibilitat real. Karl Schwarzschild va adonar-se ràpidament que una de les solucions de les equacions d’Einstein conduïa a la creació d’una singularitat, un punt convergent de l’espai i del temps on la gravetat tendeix cap a l’infinit i el temps queda congelat per a un observador extern. Treballs posteriors de Droste, Eddington i Lemaitre van teoritzar que si un estel arribava a concentrar prou massa a l’interior de l’espai limitat pel radi formulat per Schwarzschild, la força de la gravetat creada esdevenia tan important que ni la llum se’n podria escapar. Durant els anys 30, Chandrasekar i Oppenheimer van determinar que els estels de gran massa podien col·lapsar sota la força de la seva pròpia gravetat i creuar el radi de Schwarszchild, creant les condicions per obtenir un forat negre.

Fins als anys 60, totes aquestes propostes eren considerades purament teòriques i pocs creien en l’existència real dels forats negres. Va ser Roger Penrose, un matemàtic format a Cambridge i una de les ments més brillants del segle XX, que en un article publicat el 1964 va revolucionar la concepció dels forats negres en proposar noves eines matemàtiques que permetien descriure precisament els col·lapses gravitatoris. Més endavant, conjuntament amb Stephen Hawking, van posar les bases matemàtiques que descriuen l’horitzó d’esdeveniment, aquesta frontera gairebé diabòlica del forat negre que fins i tot la llum només pot creuar en un sol sentit. De cop, els forats negres deixaven de ser una quimera de la imaginació per esdevenir una realitat matemàtica que sols faltava observar.

La tasca era complicada, doncs els forats negres són per definició invisibles a l’observació directa perquè no produeixen cap llum per a ells mateixos, però això no va desanimar desenes d’investigadors durant molts anys. La primera evidencia ens la va donar, el 1972, una enorme font de raigs-X, Cygnus X-1, produïda per l’escalfament de la matèria d’un estel en procés de ser absorbit per un forat negre del seu entorn. La prova definitiva no va arribar fins al 2008, quan dos equips independents liderats respectivament per Reinhard Genzel i Andrea Ghez, després de quinze anys observant les òrbites de més de noranta estels al voltant de Sagittarius A*, una gran font de radiosenyals al centre de la nostra galàxia, van arribar a la mateixa conclusió: allí s’hi troba un forat negre supermassiu d’uns quatre milions de vegades la massa del nostre Sol dins d’un radi de menys de la meitat de la distància entre la Terra i el Sol.

Ara sabem que al centre de totes les galàxies hi habiten forats negres supermassius, com el que l’Event Horizon Telescope va observar directament, l’abril del 2019, al centre de la galàxia M87, que també existeixen forats negres més petits provinents de les restes dels grans estels supergegants blaus i potser també microforats negres de la talla de petits planetoides o forats negres primordials que es van formar amb el Big Bang. Els seus orígens, el seu nombre i la seva importància en l’esquema universal encara ens són desconeguts, però gràcies a la gran feina de Penrose, Genzel i Ghez, hem començat a posar una mica de llum sobre els seus misteris.