Quart, i darrer, cicle de cinc
conferències sobre el tema “L’univers de les galàxies” pronunciades per Mn.
Francesc Nicolau els dies 28 de febrer i 6, 13, 20 i 27 de març de 2012 a la
Sala Sant Jordi del Seminari Conciliar de Barcelona.
1ª conferència: GALÀXIES LLUNYANES I
MIRATGES ALS CONFINS DE L’UNIVERS
Es consideren galàxies llunyanes les
que es troben a més de 2.000 milions d’anys-llum. A aquestes distàncies,
lògicament, només es poden distingir les
galàxies més brillants amb un telescopi òptic, o sigui que observem 1/6 part de
l’Univers i encara amb dificultats.
Per a poder ampliar el camp
d’observació va caldre posar en òrbita uns satèl·lits capaços de captar les
grans quantitats d’ones energètiques que rebem dels astres en forma de raigs X,
raigs gamma, raigs infrarojos, ones de ràdio… A aquests astres se’ls anomena radiofonts.
Al 1966 es va identificar, per primer
cop, una font de raigs X dins de la nostra galàxia: es tractava de l’estrella
Sco-1 a la constel·lació de l’Escorpí, a uns 100 anys-llum. A partir de l’any
1970, amb els satèl·lits SAS, es van poder captar moltes més ones que no es
pensaven i moltes d’elles procedien de galàxies llunyanes. Amb
el satèl·lit HEAO es podien captar els raigs X i els raigs gamma.
L’any 1987 els russos van posar en òrbita
el satèl·lit Granat que transportava
el Sigma, un aparell dissenyat pels francesos
i que captava expressament la radiació gamma procedent d’estrelles neutròniques
i forats negres, per la qual cosa es va poder determinar la naturalesa
d’aquests astres.
Per a compensar, l’any 1991, els
americans van llançar a l’espai el satèl·lit GRO (Compton) per a estudiar amb
més precisió les anomenades galàxies de Seyfert
(o AGN) descobertes l’any 1946 i que són galàxies molt actives que
emeten quasi tota la seva energia en l’infraroig i de les quals ja es va parlar
a la segona conferència del tercer cicle. Amb aquest satèl·lit es dóna
seguretat de l’existència de forats negres.
Uns anys abans, al 1985; quan
s’observaven cúmuls de galàxies apareixien unes estructures estranyes: es
tracta dels arcs gravitacionals que
fins l’any 1987 no es constatà que són fruit d’un miratge provocat pel pas de
la llum a través d’una gran quantitat de massa que no es veu però que és capaç
de desviar els raigs lluminosos, per efecte de la teoria de la relativitat
d’Einstein, donant com a resultat una distorsió de la imatge que ens arriba
d’una galàxia, de manera que la veiem deformada i engrandida com si l’observéssim
a través d’una lent. Aquest efecte confirma que al Cosmos hi ha més matèria que
la que es veu: es tracta de la matèria
obscura de la qual se’n parlarà en les properes conferències.
Amb el telescopi NTT, els satèl·lits
COBE i WMAP, I fins I tot el vell Hubble, han col·laborat a oferir bones
imatges dels confins de l’Univers, a uns 12.800 milions d’anys-llum, on s’ha
detectat que el fons còsmic no és fred del tot i on també s’ha detectat la
presència de ferro, o sigui que la formació de grans estrelles podria haver
començat molt aviat, uns 300 milions d’anys després del Big Bang. El jove
astrònom Wolfram Freudling va detectar estrelles joves més enllà dels 12.000 milions
d’anys-llum.
Als confins de l’Univers s’observa
també que quasi totes les galàxies encara estan molt properes les unes a les
altres i se suposa que a més hi ha moltes galàxies “nanes” (amb menys d’un
milió d’estrelles) i per tant poc brillants i dificils de detectar, perquè
també n’hi ha de properes que podem veure i és molt probable que n’hi hagi als
confins de l’Univers.
2ª conferència: EVOLUCIÓ DE LES GALÀXIES I GALÀXIES EN COL·LISIÓ
L’observació de les galàxies llunyanes permet als astrònoms d’extreure’n
algunes conclusions interessants: com més llunyanes són, emeten més llum i més
energia; però no disposem d’informació sobre els astres que, estant a la
mateixa distància, irradien una energia més dèbil; per tant el que tenim és una
informació parcial i això no dóna gaire pistes sobre l’evolució de les
galàxies.
Des que es va conèixer com evolucionaven les estrelles es va voler saber
com ho feien les galàxies i si ho feien de la mateixa manera, però aviat es va
comprovar que la possible evolució de
les galàxies era molt diferent.
El 1925, Edwin Hubble examinà unes
sis-centes galàxies del Cosmos i veié que eren quasi totes el·líptiques o
espirals. Les primeres podien ser des de com una esfera a ser el·líptiques molt
excèntriques (7 tipus). De les espirals, podien ser senzilles o barrades; també
se les podia subdividir en 3 tipus segons el número de braços. Quasi totes són
espirals. Des de l’esfera anirien evolucionant cap a les espirals senzilles i a
les barrades, passant abans per les el·líptiques. Tenia raó Hubble?
Disset anys després, Walter Baade examinà les estrelles de les galàxies. En
tota la galàxia es distingien dues poblacions en quant a les característiques
segons el grau de vellesa: als braços hi haurien les més velles i al centre les
més joves. Segons això, la hipòtesi aniria en contrari de la d’Hubble: les dels
braços evolucionarien cap a les esfèriques. No pot saber-se la direcció de
l’evolució. Podria també ser que fossin tal com es formaren des del Big Bang:
no hi hauria evolució en cap dels dos sentits.
La galàxia M-82 és veu molt estranya, pels “filaments” que se’n desprenen.
Està a uns 13 milions d’anys llum de la nostra. Hi ha dues zones amb estrelles
joves i d’altres amb velles. A aquest fet se li donà l’explicació de ser una
galàxia explosiva. Els càlculs posteriors van confirmar que no ho era. El 1960
Lynds va trobar que hi havia una radiofont; anàlisis posteriors indicaren que
els espectres eren formats per ratlles d’emissió, degudes al gas escalfat per
la radiofont (d’alta energia, unes cent vegades la de la nostra galàxia) degut
a estrelles noves que s’estan formant per tractar-se de dues galàxies en
col·lisió.
M-81 també prové de la col·lisió de
dues galàxies i Aland Solinger ho corroborà. Ja és podia afirmar que hi ha
galàxies “caníbals”: una de gran xoca amb una altra més petita i l’absorbeix.
La nostra galàxia podria haver absorbit unes dues o tres de més petites;
actualment ho fa en part del gas del Gran Núvol de Magallanes (acció que
acabarà d’aquí a uns 20.000 milions d’anys). M-51 és quasi un exemple visual del que farà la
nostra galàxia amb el Gran Núvol de Magallanes. El braços d’una galàxia n’hi ha
que s’interpreten com el resultat de l’absorció que ha fet la galàxia d’una
altra més petita.
Uns 800 milions d’anys després del Big Bang ja es va definir, segons
sembla, la mida de les galàxies. Com es formen els núvols generadors
d’estrelles? Com es col·lapsen? Com interactuen? Perquè hi ha estrelles de gran
massa? Com s’han acumulat els núvols formadors d’estrelles? Les més primitives
tenen un àtom d’H per centímetre cúbic, què fa que es produeixi el col·lapse?
Segurament serà degut a forces externes, com l’explosió de supernoves que
empenten el gas . Les Plèiades són estrelles que encara s’estan formant a
partir de gas interestel·lar. N’hi ha d’altres, les estrelles supermassives,
que no sabem com s’han format.
L’últim punt és que segons el tros de cel que podem observar (1/6 del real)
tot s’hauria fet per atzar, enfront del determinisme (que nega la llibertat).
Einstein encara creia en el determinisme físic absolut. Però la teoria quàntica
és l’indeterminació de la manera d’actuar de les partícules que ho fan a
l’atzar, les galàxies estarien distribuïdes segons la matèria fosca, de la qual
s’ignoren les partícules que la formen.
3ª conferència: MATÈRIA INTERGALÀCTICA I MATÈRIA OBSCURA
AL COSMOS
La ciència al segle XVIII era cultivada en tots els seus
aspectes, però en quant a l’Astronomia ni tan sols tenien consciència del que hi
podia haver més enllà de la Galàxia, i és que la ciència dels astres ha
progressat molt en els últims anys gràcies a la feina, moltes vegades anònima,
de molts astrònoms que aporten els seu gra de sorra per a poder arribar a
conclussions molt importants.
Els espais entre estrella i estrella es suposava que no
hi podia d’haver res. Dins del nostre sistema, igualment entre els planetes
(Lavoisier va dir que era impossible que poguessin caure pedres del cel). Fins
el 1803, l’Acadèmia de Ciències de Paris ho creia així. Però aquell any, en el poble
de Laigle van dir que hi havia caigut com una estrella; Biot ho investigà i va
recollir fragments de la caiguda de meteorit que havia caigut del cel.
El 1911 es va prendre consciència de quelcom més que el
fet dels meteorits a l’espai: es llençaren globus i es comprovà que es
detectaven radiacions de partícules electritzades. A partir de 1930, es va
veure que a l’espectre de les estrelles hi havia anomalies: el raig lluminós de
l’estrella havia estat interceptat per molècules. El 1969 es va identificar
aigua, amoníac i formaldehid; actualment hi ha identificades més de 80 substàncies,
en un 75% de les quals intervé el carboni. També els esclats de les supernoves
omple l’espai dels seus residus. En un milió de quilòmetres cúbics hi ha la
mateixa massa que a un cabell nostre, però s’ha calculat que és el 10% de la
matèria galàctica. Tot això és el que se’n sap de la matèria visible fins ara.
El 2000, però, es va detectar una matèria que multiplicava
per sis la coneguda visible. Això es pot assegurar a partir del càlcul de la
velocitat del Sol a l’entorn de la Galàxia, que és de 220 km/sg i triga en
donar la volta 270 milions d’anys i està a 25.000 anys llum del centre. La
velocitat no es correspon al que hauria de ser en realitat per la gravetat que
exerceix la matèria detectable, que hauria de ser-ne una sisena part. Si va més
de pressa és que hi ha una matèria que no veiem, responsable d’això. Es va fer
un estudi de les galàxies del cúmul de Virgo (un dels més estudiats) i, tenint
en compte el que es veu i és calculable, va donar exactament igual que la
velocitat del Sol a la Galàxia: sis vegades més matèria que la que es veu. Així
mateix a la resta de les galàxies. A aquesta matèria se la va anomenar matèria
obscura (o matèria fosca) i s’han proposat diverses explicacions sobre la seva
naturalesa:
• Nanes brunes: Les
ones que arriben del Cosmos són de tot l’espectre visible. Hi ha astres que
emeten en l’infraroig (calor) sense ser estrelles del tot, al no tenir prou
massa (13 vegades el planeta Júpiter és necessari per començar a irradiar en
l’infraroig i fins que no arribi a 2/100 de la massa del Sol, no emeten llum
visible.S’anomenen Nanes brunes i fins a uns 10 anys llum de distància, no
arriben ni al 5% de la massa de les estrelles visibles. La radiació que fan és la
que correspon a una temperatura entre 300 i 3.000ºK. El primer en observar-se
fou el 1995. Haurien de superar en molt a les estrelles existents, cosa que no
passa.
• Estrelles
col·lapsades. Els forats negres, però no arriben al 5% del total de la nostra
Galàxia.
• Matèria de
naturalesa diferent en la qual les partícules tindrien supersimetria. Degut a
aquesta diferent natura, no es podrien captar. Són purament hipotètiques.
• Neutrinos,
d’una massa de l’ordre de la milionèsima de l’electró (si és que tenen massa).
S’originen molts en les reaccions nuclears intenses, però tampoc són suficients
per explicar la massa de la matèria fosca.
De moment, encara no es pot dir res de la matèria
obscura. Solament se suposa formada d’unes partícules anomenades WIMP (Weakly
Interacting Massive Particles) i que no se sap el que són.
Els forats negres són el resultat del col·lapse
d’estrelles de 3,5 vegades la massa del Sol. Les estrelles del centre de la
Galàxia, per la seva velocitat als voltants del nucli, hom suposa que hi ha
d’haver un forat negre enorme, d’unes 2,5 milions de vegades la massa del Sol.
El centre de la nostra galàxia emet radiacions de tipus X i de gamma, molt
enèrgiques. A la M-87 el forat seria d’uns 3.000 milions de vegades la massa
del Sol. El 2011 es va descobrir un de 2.000 masses solars a 13.000 milions
d’anys-llum de distància, quasi als confins de l’Univers. A les galàxies més
petites n’hi ha d’unes 100.000 masses solars.
4a
Conferència: ENERGIA OBSCURA QUE ACCELERA L’EXPANSIÓ
Ens diuen els astrofísics que el cosmos es compon en un
72% d’energia fosca, 24% de matèria fosca i un 4% de matèria ordinària.
L’energia fosca seria el triple de la matèria fosca. Visualment només coneixem
el 4% que és el que hom pot veure. Com s’arribà a aquesta conclusió?
L’energia fosca comença a suposar-se la seva existència
per Perlmutter i Riess el 1998. Aquests autors investigaren les supernoves.
Aquestes estrelles tenen com a mínim una massa de tres vegades el Sol. Quan
acaben el seu hidrogen, fan una mena d’estremituds, degudes a la pugna entre la
gravetat i la radiació; quan guanya la primera hi ha una implosió de la massa
envers el centre i surt, amb un gran esclat de llum, una gran quantitat de
partícules. A les estrelles com el Sol s’hi forma fins al ferro, però a les
supernoves es forma fins l’urani (segurament també transurànids, de curta
vida). La brillantor d’aquesta implosió pot arribar al d’una galàxia (200.000
milions). La mitjana de formar-se supernoves a la nostra galàxia és de 2 a 4
cada mil anys. A galàxies llunyanes (les que ocupen el mateix espai que ocupa
la Lluna a la volta del cel, unes 600.000 galàxies) són moltes més. A 10.000
milions d’anys llum hi havia hagut una supernova que va brillar molt. Al mirar
aquelles galàxies tan llunyanes es veu el que passava fa temps; així, en
èpoques recents aquelles es separen més ràpid que les antigues. L’explicació
estaria en una força que ho accelera degut a una energia potentíssima i que
ocuparia les tres quartes parts de l’Univers.
Els investigadors Magueijo i Albrecht van suposar que
això podria ser degut a una altra causa, com si la velocitat de la llum hagués
variat al llarg del temps. Actualment, aquest supòsit no se’l considera vàlid.
El 2001 el telescopi Hubble en òrbita detectà una supernova que corroborava el
que havien dit Perlmutter i Riess. El 2002 6 noves supernoves, igualment.
L’energia obscura estaria contrarestada per la gravetat,
però a l’anar-se separant, la gravetat aniria minvant i la força hauria
crescut. S’han anat trobant més supernoves en altres galàxies i s’ha arribat a
la conclusió que l’expansió primer va ser lenta i es va començar a accelerar fa
uns 5.000 milions d’anys. L’univers s’inicià fa uns 13.700 milions d’anys i
l’acceleració només en fa uns 5.000 milions d’anys.
El 2007, Consolice veu una “mà invisible de l’Univers”
–l’energia obscura-, la força més poderosa del Cosmos i que ho modela tot. Les
galàxies no es fan més grans perquè la gravetat hi predomina sobre l’energia
fosca. Quan es formen les estrelles també és degut al mateix. L’Univers en
expansió explicaria la distribució de les galàxies, etc. L’energia obscura
encara segueix i impedeix el col·lapse, però fa que l’espai es faci cada vegada
més buit. Si l’energia fosca predominés, acabaria disgregant-ho tot
(hipotèticament, es clar).
Els partidaris de Planck pensen que l’energia fosca seria
deguda al buit quàntic (partícules que es creen i es destrueixen), però
calculant aquesta energia, seria molt petita. Altres, seria la constant gamma
d’Einstein, el qual suposava que l’Univers era estable i, per tant, caldria una
constant còsmica gamma per tal de contrarestar la gravetat
Variaria amb el temps l’energia obscura? Estaria calculat
per d’aquí a un 1.000.000.000.000.000 anys quan passaria, al ritme actual. I si
la nostre fora una regió de l’Univers pobre en matèria? Podria haver regions
més pobre en matèria i altres de més riques? Però, si fos així, els càlculs
d’allunyament faria que l’expansió no fos pas uniforme.
El dipol de la Galàxia, trobat per Smoot, podria indicar
alguna cosa? Blitz, el 2011 ha publicat un article segons el qual l’energia
obscura explicaria qüestions no resoltes encara. La NASA va decidir fer un
projecte d’un satèl·lit per aclarir-les, però no estarà llest fins el 2020. Els
Europeus tenen en projecte el satèl·lit Planck per estudiar el fons de radiació
de microones.
5ª Conferència: FUTUR DE L’UNIVERS I PREGUNTES QUE LA
CIÈNCIA NO POT RESPONDRE
Què es pot dir científicament del futur de l’Univers?
Sabem que fa uns 5.000 milions d’anys el moviment expansiu va començar a
prendre una acceleració, cosa que no va fer durant els 8.700 primers milions
d’anys (recordem que l’edat de l’Univers és de 13.700 milions d’anys) i què
passarà si segueix accelerant-se?Però no podem assegurar que ho faci
indefinidament!
Sabem força bé el passat, però no el que passarà. Hi ha
dues possibilitats:
1 - Que l’expansió segueixi indefinidament (Univers obert)
2 - Que s’aturi i es torni enrere (Univers tancat)
Això segon es contrari a un Big bang i s’anomena Big crunch.
També s’ha proposat la teoria d’un Univers polsant:que
vagi fent expansió i contracció indefinidament. És la teoria dels russos
Evgenii Lifshitz i Issak Khalatnikov.
Aquesta teoria té moltes raons en contra, com la llei de
l’entropia, segons la qual no es podria mantenir la mateixa energia útil a cada
rebot i no podria fer-se el cicle sempre.
Avui dia podem afirmar que el més probable és que
l’expansió segueixi indefinidament. El càlcul que cal fer per dir si l’Univers
és obert o tancat ha de tenir en compte la magnitud de la massa total que conté
així com també el valor de l’energia que provoca la força d’expansió; magnituds
que només coneixem aproximadament, però donen, dins de l’aproximació, el
resultat d’una expansió indefinida.
Si segueix, doncs, expandint-se, d’aquí 30.000 milions
d’anys ja no es podrà veure des d’un planeta com el nostre cap galàxia fora de
la nostra perquè les altres hauran passat, amb la seva llunyania, el límit de
la visió possible. A més la “nostra” galàxia s’haurà convertit en una sola
galàxia perquè s’hauran unit totes les galàxies que formen el grup local. Serà
una aglomeració de més de 600.000 milions d’estrelles, però no es podran veure
els milions de galàxies restants. Fixem-nos com s’ha arribat al coneixement
actual del Cosmos. Es basa en 4 etapes:
1 - Descobriment que l’Univers no pot ser estàtic: s’ha
d’expandir o contraure
2 - Descobriment de la seva expansió efectiva
3 - Troballa de l’homegeneïtat de l’expansió: la velocitat
d’allunyament de les galàxies és proporcional a la seva llunyania, que ens diu
que l’Univers s’infla com un globus.
4 - Hi ha una radiació del fons còsmic que confirma la teoria
del Big bang i mostra unes inhomogeneïtats que recorden amb la formació inicial
de grumolls de matèria (les galàxies).
imatge del fons còsmic
Ara bé: què ha de passar amb les estrelles a mida que
passi el temps? Sabem que les de més massa s’aniran convertint en forats negres
i les altres acabaran apagant-se. D’aquí a uns cent milions d’anys, l’Univers
només contindrà forats negres i astres sense llum. I no podria ser que no
s’arribés a això? Caldria que l’expansió s’aturés cosa que passaria si la
densitat de l’Univers fos superior a la crítica. La raó entre les dues, que es
representa per Ω, val 0,2 (segons
càlculs actuals) i no superior a 1, que seria la que faria deturar l’expansió.
Hi ha qui diu que aquest valor no és gaire segur perquè s’ha de calcular amb
valors que, com la constant de Hubble o la massa total còsmica, només són
aproximats, però, així i tot, no es veu gaire possible que s’arribi a 1.
A part del futur de l’Univers hi ha molts altres
interrogants cosmològics no resolts: Per què es van formar galàxies després del
Big bang i no estructures diferents? Totes les galàxies s’assemblen i també els
conjunts d’estrelles es repeteixen! No es podrien haver fet galàxies més grans?
Si ens fixem en les galàxies que es veuen a la constel·lació de Coma Berenices
que formen un cúmul d’un miler, la pregunta és: per què galàxies separades i no
una sola aglomeració? Un altre interrogant és per què el valor de Q (raó entre l’energia que dispersaria
els components d’un cúmul i la seva massa) és el que és i no el que en teoria
s’esperaria? I com eren les primeres formacions galàctiques? És un interrogant
que ni per simulacres per ordinador es pot respondre. I també: per què les
constants cosmològiques tenen els valors que tenen, que són exactament els que
es necessiten per a poder existir vida en l’Univers? (Només fent variar el
valor de la força nuclear forta en una milionèsima els elements químics
tindrien unes propietats diferents que ja no podrien compondre les molècules
vives! I coses semblants es poden dir de les altres constants, com la massa del
protó, la càrrega elèctrica de l’electró,... és el que s’anomena principi
antròpic.
Com que aquesta última pregunta suggereix que tot està
ben ajustat, ha d’haver-hi una intel·ligència que ho hagi conjuminat, és a dir
un Déu Creador, hi ha hagut qui volent defugir aquesta conclusió, a causa de la
seva mentalitat atea, ha ideat la teoria del “multivers” o sigui la que afirma
que enrealitat existeixen infinitat d’universos i que nosaltres vivim en el que
té les constants ideals per a la vida. Entre tants conjunts còsmics no seria
estrany que algun d’ells s’ajustés per tal de possibilitar la vida. Aquesta
teoria, però no té cap base de comprovació.
Des del punt de vista crisrtià la creació de l’Univers
per part de Déu sabem que ha estat un acte d’amor. Déu és Amor i amor és
efusió. Ara bé els teòlegs han volgut aprofundir en l’acte creador i un teòleg
anglicà, John Polkinghorne, va publicar al 2001 un llibre en el qual es tracta
de la Creació com a Kénosis Divina.
Aquest mot grec significa buidament o rebaixament (l’utilitza Sant Pau per a
indicar l’anorreament del Fill de Déu en fer-se home), i Polkinghorne diu que
també es pot aplicar al fet de la creació, perquè Déu, creant s’ha “rebaixat”
en els seu poder fent que també hi hagi éssers dotats de llibertat, que poden
actuar segons la seva voluntat, com uns co-creadors.
Per fer-ho possible ha deixat que el moviment de les
últimes partícules no estigués determinat (recordem l’indeterminisme quàntic, i
Planck...) i, fent-ho així, ha permès que hi hagi el mal en el món, per culpa
de l’indeterminació i la llibertat humana. Aixó, diu, és una Kénosis de Déu. Sigui el que es vulgui
d’això, el que podem dir amb certesa és que és l’amor diví el que fa que
nosaltres hi siguem i puguem contemplar la meravella de tot l’Univers.
Les Torres de la Creació a la nebulosa de l'Àliga
