Forat negre

Què és un forat negre? Si t’has preguntat això al llarg d’aquests dies, aquest article t’interessa.

Per entendre alguns conceptes i idees, cal primer fer un petit tomb per la història que ens ha
portat a aquest descobriment.

La primera protagonista de la nostra història és la força de la gravetat. És la responsable de
que els objectes tornin a caure al terra si els llencem enlaire. El seu funcionament va ser descrit per Isaac Newton al segle XVII. Les lleis proposades per Newton explicaven quasi a la perfecció tots el fenòmens gravitatoris que observem al nostre voltant. Algunes petites coses, però, no acabaven de quadrar amb la teoria de Newton, entre elles, l’òrbita que descriu el planeta Mercuri. Aquesta petita discordança va ser la llavor arran de la qual Albert Einstein va proposar unes idees que revolucionarien el paradigma científic del moment. Ell ens va explicar que l’espai i el temps són una única entitat anomenada espaitemps i que es comporta com una tela
elàstica que es corba en presència de massa o energia. Això implica que, les distàncies o la
nostra manera de mesurar el temps canvien si estem en un espaitemps on no hi ha massa i per
tant no s’ha corbat (és pla) o en un amb massa (corbat).

Tant es així que inclús els GPS tenen en compte que el temps a l’espai passa una mica més
ràpid que a la superfície de la terra degut a que el camp gravitatori és menys intens i amb tal
de no desincronitzar-se han de corregir aquest desfasament. Un forat negre és un objecte
extremadament dens, tant que corba l’espaitemps de tal forma que qualsevol objecte (ja sigui
una partícula amb massa o llum mateixa) que hi entri, no en pot tornar a sortir. Aquests
objectes tan misteriosos son solució de les equacions d’Einstein de la relativitat general:

    \[ R_\mu_\nu - \frac{1}{2} R g_\mu_\nu = T_\mu_\nu \]

A la part de la dreta de l’equació hi ha les fonts de massa i energia que tenim en una certa
regió de l’univers. La part esquerra de l’equació ens diu com es corba l’espaitemps en aquesta
regió degut a aquesta massa.

La llum sempre viatja en línia recta, però, què passaria si en comptes de viatjar sobre una
superfície plana, la llum viatgés sobre una esfera? Semblaria que portés una trajectòria corba
encara que realment la llum sempre estigués anant “recte, cap endavant”.

Els forats negres corben tant i tant la llum que aquesta , un cop ha entrat al forat negre, pot o seguir endavant i en un cert temps trobar-se amb la singularitat o bé pot quedar-se congelada
fent voltes i voltes a radi constant (sense apropar-se ni allunyar-se del forat negre) generant la superfície que coneixem com a horitzó de successos (Si estiguéssiu en aquest punt, la llum que surt de la vostra esquena faria una volta al forat negre i us arribaria als ulls! Així podríeu veure com us veieu pel darrera!).

I què és aquesta singularitat que acabem d’esmentar? Doncs per molt que sembli increïble és,
essencialment, un final del temps i de l’espai. Dins el forat negre, l’espaitemps està retorçat
fins a límits extraordinaris. És com si el teixit elàstic en el que succeeixen l’espai i el temps s’anés estirant i estirant fins primer esdevenir un fil prim i finalment desaparèixer. En aquest instant de temps (anomenat singularitat) el temps s’acaba i les distàncies i les mides dels objectes es fan ínfimament petites fins a ser 0. Encara hi ha molta especulació sobre què hi passa realment en aquesta singularitat, així doncs, de moment ens fixarem més en com es
comporta la llum abans d’arribar a aquest instant final. Tant la llum que entra al forat negre
com la que es queda congelada a l’horitzó de successos mai podran tornar a fora d’aquesta
regió, no podran escapar cap a la Terra i arribar als nostres ulls. Aleshores, com és possible
observar aquests objectes? La resposta rau en la matèria que hi ha al voltant del forat negre.
Aquesta matèria es veu atreta cap al forat negre i en aquest procés s’accelera. Qualsevol
partícula amb carrega elèctrica accelerada emet llum i aquesta és la llum que ens arriba a
nosaltres. Aquest halo de matèria que està caient dins el forat negre s’anomena disc d’acreció.