La primera imatge d’un forat negre

14 maig 19 | La Notícia de la Setmana

Els forats negres són els objectes més misteriosos de l’univers. La seva existència es va predir de forma teòrica a partir de la teoria de la Relativitat que el científic Albert Einstein (1879-1955) va publicar fa més de cent anys. Amb el temps, s’han anat recopilant informacions i proves sobre l’existència dels forats negres, i l’última prova no té precedents ja que, gràcies al treball portat a terme durant més de 20 anys per l’equip de l’Event Horizon Telescope (EHT), ara s’ha pogut fotografiar per primer cop un d’aquests monstres còsmics. El dimecres 10 d’abril, vuit radiotelescopis sincronitzats van mostrar les primeres imatges en directe d’un forat negre.

Si ets profe de física…

Et proposem una activitat per entendre què és un forat negre.

1 Llegiu el text següent:

“Un forat negre es genera quan una estrella amb una massa molt més gran que el nostre Sol mor.

Una estrella està constituïda per un nucli calent envoltat de moltes capes de gas. En el nucli de l’estrella els elements més lleugers, com l’hidrogen i l’heli, s’uneixen per fusió termonuclear. Aquest procés desprèn molta energia en forma de calor. Això produeix una pressió de l’interior de l’estrella cap a l’exterior que s’oposa a la força de la gravetat que atrau el gas fins al centre de l’estrella.

Quan l’estrella es queda sense combustible la pressió que va cap a l’exterior deixa d’existir i la força de la gravetat fa que l’estrella es vagi fent petita de tal manera que la seva densitat tendeix a infinit i el volum total de l’estrella es concentrarà en un punt que anomenem singularitat.

A les zones properes a la singularitat, la gravetat és tan forta que res en pot escapar. La velocitat d’escapament necessària per fugir de la zona d’influència de la singularitat és superior a la de la llum, de manera que ni la llum en pot escapar i és per això que un forat negre té aquest color.

A una certa distància de la singularitat, la gravetat és més dèbil i la llum en pot escapar. Així que els objectes que es troben més enllà d’aquesta distància són visibles. Aquest contorn s’anomena horitzó d’esdeveniments.

Els objectes que es troben fora de l’horitzó d’esdeveniments són atrets per la singularitat però tenen opcions d’escapar; un cop traspassen l’horitzó seran succionats i no hi ha volta enrere.”

Ara, creeu la vostra pròpia estrella seguint els passos següents:

  1. Agafeu un globus, infleu-lo i feu-li un nus.
  2. Recobriu el globus amb diverses capes de paper d’alumini i feu una mica de pressió intentant comprimir lleugerament el globus.
  3. Amb una agulla, punxeu el globus que hi ha a l’interior del paper de plata i feu pressió sobre la vostra estrella.
Nota per al docent

  1. Les capes de paper d’alumini representen les diferents capes de gas de l’estrella, i el globus que els dona forma representa el nucli calent de l’estrella. Dins del nucli, la calor generada per l’estrella exerceix una pressió sobre les capes del gas de l’estrella, i evita que col·lapsin.
  2. Mentre els alumnes exerceixen una mica de pressió sobre el globus cal explicar-los l’analogia del globus amb l’estrella. Cal fer-los entendre que la pressió del nucli és tal que l’estrella no pot col·lapsar per gravetat.

  3. Quan l’estrella es queda sense combustible no és capaç de retenir el gas. Quan els alumnes tornin a comprimir el globus imitaran l’efecte de la gravetat sobre l’estrella i convertiran així el paper d’alumini en una bola petita que simularà un forat negre.

2 Raoneu sobre l’experiència anterior:

  • Busqueu informació sobre les dimensions d’una singularitat i avalueu si la bola de paper de plata esclafada és d’un volum comparable, en termes relatius, al d’un forat negre real.
  • Què passaria si s’utilitzessin més trossos de paper d’alumini per fer les capes de gas de l’estrella? Seria una estrella més massiva? Generaria alguna diferencia en el forat negre?
Nota per al docent

  • En termes relatius, la bola de paper de plata és molt més gran que un forat negre.

  • Com més gas, més massiva serà l’estrella i comportarà un forat negre més massiu ja que hi haurà més material per crear-lo.

3 Observa les dues imatges següents:

La imatge de l’esquerra és la imatge real d’un forat negre que s’ha aconseguit recentment, la de la dreta és de la pel·lícula Interestelar, del director Christopher Nollan. Aquesta pel·lícula va tenir un assessorament científic excel·lent i es va filmar l’any 2014, cinc anys abans d’obtenir la primera imatge real d’un forat negre.

  • Identifiqueu en les dues imatges on es trobaria l’horitzó d’esdeveniments.
  • Per què l’interior del forat és negre i els dos estan envoltats de llum?
  • Per què els dos tenen una simetria esfèrica?
  • Comenta amb els teus companys l’afirmació següent: “Sortir de dins de l’horitzó d’esdeveniments és tan impossible com anar enrere en el temps.”