Article:

TdC: forats negres supermassius - Mar Mezcua

11-03-2023 Anna Larroy

Forats negres supermassius. Els motors de l’univers. Mar Mezcua

Mar Mezcua és investigadora de l’Institut de ciències de l’espai i de l’Institut d’estudis espacials de Catalunya.

Amb les seves pròpies paraules: "L'objectiu de la meva investigació és entendre com es formen i creixen els forats negres supermassius i com aquest creixement afecta la pròpia galàxia. Per fer-ho, investigo una àmplia gamma d'objectes astronòmics (forats negres de massa mitjana, galàxies nanes, fonts de raigs X ultraluminoses, nuclis galàctics actius, dolls de ràdio, fusions de galàxies, forats negres binaris supermassius) seguint un enfocament de longituds d'ona múltiple (ràdio, observacions òptiques, infrarojes i de raigs X)".

Es creu que totes les galàxies tenen al seu centre un forat negre supermassiu de més d’un milió de cops la massa del Sol. Com s’ha format? Quins tipus de forats negres coneixem? Tots els forats negres estan actius? Com els detectem? De tot això ens parla avui Mar Mezcua en aquesta nova tarda de ciència al museu Darder.

Per començar ens fa una breu explicació sobre l’espectre electromagnètic i els tipus de telescopis, però què és un forat negre? Per tal de poder-ho explicar de forma entenedora, la Mar ens demana que ens imaginem un llençol ben tibant en el que hi posem una pilota, es deformarà. Si posem una pilota més pesant, la deformació serà més gran i si hi posem un forat negre la deformació serà infinita. Qualsevol massa deforma l’espai-temps i la deformació que produeix el forat negre és infinita.

A continuació ens explica les propietats del forat negre. En primer lloc l’horitzó de successos, que és la distància al voltant del forat negre, dins la qual res no pot escapar, el que cau en el seu interior, fins i tot la llum queda atrapat. I després trobem el disc d’acreció, el disc on gira la matèria que acabarà essent empassada pel forat negre.

Quins tipus de forats negres coneixem? Els forats negres estel•lars. Són els que es produeixen per la mort d’una estrella massiva. Quan el seu combustible es va esgotant, es converteix en una gegant vermella i acaba amb una explosió de supernova i el que queda és una estrella de neutrons o un forat negre. Aquests forats negres tenen al voltant d’uns 10 cops la massa del Sol i són els més abundants.

Els forats negres supermassius. Es troben al centre de les galàxies i tenen més d’un milió de cops la massa del Sol. El més proper és el que hi ha al centre de la nostra galàxia el Sagitari A*. S’ha pogut monitoritzar durant molts anys, encara que és molt difícil d’observar degut a la gran quantitat d’estrelles i de pols. S’ha vist que totes les estrelles que hi ha en aquesta zona, giren al voltant d’un mateix punt i a partir d’aquest moviment s’ha pogut calcular la massa d’aquest forat negre. Aquest descobriment va valer el premi Nobel de física. El nostre forat negre no està actiu, però en hi ha d’altres de molt actius, els nuclis actius de galàxies (AGN), que estan empassant matèria, que tenen el seu disc d’acreció envoltat de núvols de gas que es mouen a gran velocitat i que emeten ràdiojets de plasma. Aquests jets es poden extendre molt més que la galàxia en si, s’envien fins a 500.000 anys llum de distància del forat negre que els ha originat.

A continuació ens parla de les imatges que hem pogut veure de dos forats negres.
La primera va ser la del forat negre que es troba al centre de la galàxia M87. Es va realitzar amb l’Event Horizon Telescope que va rebre dades durant diversos dies. El que veiem és l’horitzó de successos, envoltat per una zona brillant que és el plasma que va girant. Un cop tenim la fotografia, d’aquesta no es pot treure informació, el que es fa es realitzar simulacions. Es varen fer 420 combinacions de diferents paràmetres, fins que es va obtenir una imatge el més semblant possible a la observació i d’aquí en van treure les propietats del forat negre, com el sentit de rotació del plasma i la massa del forat negre.

La segona fotografia és la de Sagitari A*, el forat negre de la Via Làctia. Degut a que el plasma gira molt ràpidament, la zona brillant es veia en zones diferents. La imatge final que veiem és una combinació e totes les imatges obtingudes, i és molt semblant a la de la galàxia M87. Això fa pensar que els diferents forats negres supermassius deuen tenir propietats molt semblants.

Com es formen els forats negres supermassius?
Es creia que la seva formació havia de ser per acreció a partir de forats negres estel•lars i per fussió de forats negres estel•lars. Però s’han trobat forats negres supermassius quan l’univers tenia 700 milions d’anys i no hi ha prou temps per que es formin pels mètodes que hem indicat , i aquí apareixen els forats negres de massa intermitja. Aquests es poden haver format, per exemple, a partir de la mort de la primera generació d’estrelles, que eren molt massives i aquests si que per acreció i fussió poden donar lloc als forats negres supermassius. S’han trobat forats negres de massa intermitja en fonts ultra-lluminoses de raigs X, però On se n’han trobat molts, és en el nucli de les galàxies nanes, galàxies amb baixa massa, molta formació estelar i que s’assemblen a les primeres galàxies formades quan l’Univers era jove. Per últim s’han trobat també aquests forats negres gràcies a les ones gravitacionals. La fussió de dos forats negres estel•lars va formar un de massa intermitja que es va detectar gràcies a les ones gravitacionals.

Per acabar Mezcua ens parla de la importància dels forats negres. Els forats negres regulen el creixement de les galàxies, controlen el nombre d’estrelles que es formen a la galàxia i la seva massa. Per això diem que son els motors més potents de l’Univers.

[Enllaç1]