Astronomia 2019

Primera fotografia d’un forat negre

El 10 d’abril, l’equip de l’Event Horizon Telescope (EHT) va presentar la primera imatge d’un forat negre, en concret el que es troba al centre de la galàxia M87, una galàxia el·líptica gegant situada a una distància de 16,1 megaparsecs.

Un forat negre és un cos prou dens per a generar un camp gravitacional a la seva superfície del qual ni tan sols la llum pot escapar. Fins ara, els forats negres només es podien detectar de manera indirecta, observant l’efecte que el seu camp gravitacional exercia en l’entorn (per exemple, estudiant el moviment d’estrelles que es mouen en la seva proximitat) o a partir de la radiació emesa per la matèria que queia cap a ell. Per a crear la imatge, els investigadors de l’EHT van haver de combinar les dades de diversos radiotelescopis repartits per tot el món, mitjançant una tècnica anomenada interferometria de molt llarga base. Aquesta tècnica permet augmentar extraordinàriament la resolució de les imatges i, per tant, captar detalls que d’altra manera seria impossible distingir. En el cas de l’EHT, la resolució aconseguida equival a la que obtindríem amb un telescopi per a una mida igual a la de la Terra. El forat negre de la galàxia M87 té una massa aproximada de 6.500 milions de masses solars i un radi d’unes 270 unitats astronòmiques. La imatge és prou detallada per a posar de manifest diferències en la lluminositat del material que envolta el forat negre, que s’ajusten perfectament a les predites per la teoria de la relativitat general, tenint en compte com es comporta la llum en presència de camp gravitacionals molt intensos.

Recollida de material a l’asteroide Ryugu

Un cop tots els planetes del sistema solar han estat visitats per alguna missió espacial, el focus de l’exploració interplanetària s’ha anat desviant cap als petits planetes i els asteroides. Els asteroides són petits cossos la major part dels quals orbiten el Sol entre Mart i Júpiter. No presenten una composició única, sinó que podem trobar des d’asteroides amb un nucli metàl·lic fins a altres de formats per materials molt primitius, com alguns meteorits. En els darrers anys, han estat diverses les sondes que han visitat algun d’aquests cossos menors del nostre sistema planetari.

Una d’aquestes sondes, la missió Hayabusa 2, de l’agència espacial japonesa JAXA, es troba en òrbita al voltant de l’asteroide Ryugu des del juny del 2018. Durant aquest temps la nau ha deixat caure sobre la superfície de l’asteroide quatre petits rovers que han dut a terme diferents estudis de l’asteroide. A més, el febrer del 2019, la sonda va poder agafar una primera mostra de material de la superfície de Ryugu, que serà retornat a la Terra. El procediment va ser llançar un projectil sobre la superfície de l’asteroide i recollir el material produït per l’impacte. Un segon projectil dotat d’una càrrega explosiva va ser llançat a l’abril, amb la intenció d’obtenir una mostra del material del subsol. L’explosió va provocar un cràter d’uns 10 metres i va deixar exposades capes del subsol. Un apropament posterior de la sonda a la zona de l’impacte va permetre la recollida de mostres de material. La sonda passarà prop de la Terra a finals de l’any vinent, moment en què deixarà caure una petita sonda amb el material recollit.

Un cometa interestel·lar

El 30 d’agost, l’astrònom aficionat Gennadi Boríssov va descobrir el primer cometa interestel·lar, és a dir, provinent de fora del sistema solar, observat fins al moment. El cometa, anomenat 2I/Boríssov, va passar pel punt més proper al Sol el 8 de desembre, a una distància de 2 unitats astronòmiques ‒una unitat astronòmica (UA) equival a la distància mitjana entre la Terra i el Sol, aproximadament 150 milions de quilòmetres.

L’origen interestel·lar de 2I/Boríssov es va poder identificar amb l’estudi acurat de la seva òrbita, que va resultar ser hiperbòlica. En el cas dels cometes, la seva trajectòria està determinada per la força gravitacional exercida pels altres cossos, principalment pel Sol, però també pels planetes gegants, i per les sotragades que pateixen degudes a l’expulsió de gas des de la seva superfície. Ni tan sols tenint en compte la contribució d’aquestes darreres, anomenades forces no gravitacionals, es pot explicar l’origen solar del cometa 2I/Boríssov.

Exoplanetes i exocometes

La missió TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ha pres el relleu de la missió Kepler, també de la NASA, pel que fa a la cerca d’exoplanetes des de l’espai. Llançada a l’espai l’abril del 2018, té com a objectiu principal la detecció d’exoplanetes mitjançant la mesura de la petita disminució de la llum que prové d’una estrella quan un planeta que l’orbita s’interposa en la seva línia de visió i provoca un petit eclipsi. El setembre del 2019, TESS ja havia descobert una trentena d’exoplanetes. D’aquests, una vintena són d’una mida comparable a la Terra, i encara hi ha un miler d’observacions fetes per TESS pendents de ser confirmades com a exoplanetes.

Precisament, la reanàlisi de les dades de Kepler ha permès a investigadors de l’Institut Max Planck, de la Universitat de Göttingen i de l’Observatori de Sonneberg (Alemanya), descobrir divuit planetes d’una mida semblant a la de la Terra. Un d’ells es troba entre els més petits que es coneixen, amb una mida que és el 69% de la de la Terra, i un altre podria tenir condicions aptes per a la vida. El nou mètode emprat per reanalitzar les dades és més sensible que els anteriors i, segons els autors, podria ser capaç de detectar un centenar de planetes terrestres que fins ara haurien passat desapercebuts entre les dades de Kepler. Amb aquest descobriments, ja són més de 4.000 els exoplanetes detectats (dada de finals del 2019).

El gran nombre d’exoplanetes coneguts permet comprovar la validesa dels models de formació dels sistemes planetaris. Una de les prediccions d’aquests models és que al voltant d’estrelles de massa baixa no es poden formar planetes gegants tipus Júpiter. Els planetes es formen als núvols de gas i pols que envolten les estrelles en les primeres fases de la seva formació. En el cas dels planetes gegants, es necessita que primer es formi un agregat de partícules de pols que vagi atraient per gravetat noves partícules fins a formar un nucli rocallós d’unes deu vegades la massa de la Terra. A partir d’aquí, el cos té prou massa per a atreure i retenir l’hidrogen i l’heli del núvol circumestel·lar i dona lloc a un planeta amb un nucli sòlid envoltat per una atmosfera gruixuda, com ara Júpiter o Saturn.

Però el descobriment d’un planeta, GJ 3512 b, similar a Júpiter al voltant de la petita estrella GJ 3512 (amb una massa unes deu vegades més petita que la del Sol) ha posat en qüestió aquests models. El planeta GJ 3512 b es troba a 30 anys llum de nosaltres i orbita al voltant de la seva estrella (que està a 50 milions de km, un terç de la distància Terra-Sol) en 204 dies, i el seu descobriment mostra que el model actual que assenyala que els núvols que envolten estrelles de poca massa no tenen prou material per a fer viable el mecanisme de formació descrit anteriorment no és aplicable a aquesta estrella i el seu planeta, perquè, malgrat tenir molt poca massa, aquesta estrella ha pogut formar un planeta tipus Júpiter al seu voltant. Cal, doncs, definir models alternatius a la formació de planetes gegants.

El descobriment de GJ 3512 b ha estat dut a terme amb l’instrument CARMENES a l’observatori de Calar Alto (Almeria), amb la participació d’altres telescopis, com el telescopi Joan Oró de l’Observatori Astronòmic del Montsec. L’estudi ha estat liderat per investigadors de l’Institut de Ciències de l’Espai del CSIC.

D’altra banda, el mètode emprat per la missió TESS també és vàlid per a detectar exocometes, que poden ser distingits d’un exoplaneta per la forma de la corba de llum de l’estrella durant el trànsit del cometa pel seu davant. De fet, la missió ha pogut detectar tres exocometes al voltant de l’estrella beta Pictoris. La gran majoria d’exocometes detectats fins ara s’han trobat en estrelles relativament joves i es pensa que el seu nombre podria disminuir a mesura que l’estrella envelleix. El descobriment de més exocometes ajudarà a comprendre aquest comportament.

Baby-boom estel·lar

El ritme al qual es formen estrelles a la Via Làctia no ha estat constant al llarg del temps. Per a tenir formació estel·lar necessitem, primer de tot, un núvol de gas i pols. A més, cal una pertorbació gravitacional, com ara l’explosió d’una supernova propera que provoqui que la matèria del núvol es vagi concentrant lentament en nuclis que, un cop arribin a tenir prou densitat i temperatura per a engegar reaccions termonuclears, donaran lloc a noves estrelles. Seria d’esperar que en els primers estadis evolutius de la Via Làctia, quan la quantitat de gas disponible era molt alta, la taxa de formació estel·lar fos elevada. A mesura que el gas anava formant estrelles, i la seva quantitat disminuïa, el ritme de formació s’hauria alentit gradualment.

Però les dades proporcionades pel satèl·lit Gaia de l’Agència Espacial Europea mostren un escenari diferent. Si bé el ritme de formació estel·lar va seguir aquesta pauta d’alentiment durant els primers 4.000 milions d’anys posteriors a la formació del disc galàctic, entre 2.000 i 3.000 milions d’anys enrere hi va haver un fort brot de formació estel·lar a la nostra galàxia. El gas necessari per a la formació de noves estrelles va ser subministrat per una petita galàxia satèl·lit que es fa fusionar amb la Via Làctia. Les distàncies a les quals es troben les estrelles formades en aquest brot, així com les seves masses i edats, tots ells paràmetres proporcionats per Gaia, es poden explicar per aquest mecanisme de fusió. Aquest estudi va ser liderat per investigadors de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona.

Un riu d’estrelles

Els corrents estel·lars són grups allargassats d’estrelles que orbiten al voltant de la Via Làctia. S’originen quan un cúmul globular (agrupació compacta de centenars de milers d’estrelles) o una galàxia nana es trenca a causa de les forces de marea ocasionades per la nostra galàxia. Les òrbites de les estrelles que formen els corrents estel·lars ajuden a determinar la massa de la Via Làctia i la seva distribució. Al febrer, un equip de la Universitat de Viena va anunciar el descobriment d’un nou corrent estel·lar. Es tracta d’un grup d’unes 4.000 estrelles que s’estan desplaçant juntes des de fa uns 1.000 milions d’anys. Es tractaria, doncs, d’un cúmul d’estrelles que encara està sent disgregat per la gravetat de la Via Làctia. El seu descobriment ha estat possible gràcies a les dades de la missió Gaia, que han permès determinar el seu moviment en tres dimensions. En l’actualitat es coneixen una vintena de corrents estel·lars al voltant de la Via Làctia.

Autor: Eduard Masana i Fresno