„Calea Lactee”. Autobiografia galaxiei noastre, spusă de Moiya McTier. Fragment de lectură.

Astăzi vă recomand una dintre cele mai bune cărți de știință de anul trecut, nu doar din domeniul astronomiei și explorării spațiale – și cea mai recentă traducere pe care am semnat-o, la editura Publica.

„Autobiografia” Căii Lactee e plină de informații interesante, explicate perfect de astrofiziciana americană Moiya McTier, cu abilitatea unui profesionist în comunicarea științei, care-și combină expertiza cu iubirea față de cerul nopții și pentru cercetare (mai jos, dedicația cărții și citatul minunat cu care începe) – dar și cu mult umor, referințe culturale și stil literar. Calea Lactee chiar devine un personaj memorabil, chit că deseori nesuferit și arogant. Dar are atât de multe de povestit!

Sper să vă placă să o citiți la fel de mult cum mi-a plăcut și mie, inclusiv s-o traduc. Iar ca să vă conving să vă îmbogățiți bibliotecile cu acest volum plin de povești din explorarea științifică, vă aduc un fragment extins din capitolul dedicat găurilor negre – și lui Sarge, monstrul din casa noastră galactică.

Calea Lactee: Autobiografia galaxiei noastre, de Moiya McTier, editura Publica, 2023, 49 lei

Freamătul intern

„Majoritatea găurilor mele negre sunt mici, create prin moartea extraordinară a celor mai masive stele. Aceste pete rușinoase de pe stima mea de sine au o masă poate doar de câteva zeci de ori mai mare decât a Soarelui vostru, însă am zeci de milioane de astfel de găuri negre împrăștiate prin tot corpul.

Oricare dintre aceste dezamăgiri personale ar fi ușor de controlat, dar masa lor combinată este zdrobitoare. Oamenii cedează mereu sub presiunea unor dificultăți minore. A plânge după laptele vărsat nu este doar o expresie pentru mulți dintre voi, dar am ajuns să înțeleg că nu laptele e problema. Ci laptele și cheile pierdute și întâlnirea anulată și aplicația respinsă și toate celelalte lovituri la adresa fericirii voastre, care se adună una după alta.

La fel cum oamenii din viața ta văd rar micile lucruri care îți strică buna dispoziție, astronomii umani se chinuie să vadă ceea ce numesc în mod ironic găuri negre stelare. Când sunt singure, găurile negre cu mase mici nu au discuri fierbinți de acreție ori jeturi strălucitoare care captează atenția tuturor. Aceste spectacole orbitoare sunt rezervate celor mai energetice găuri negre, ori nucleelor galactice active (AGN), după cum le spun astronomii.

Uneori, se întâmplă ca o gaură neagră stelară să treacă printre voi și o sursă strălucitoare de fundal în așa fel încât gravitația găurii negre îndoaie către voi lumina acelei surse, dar este un eveniment relativ rar. În schimb, astronomii trebuie să studieze acele găuri negre stelare care trăiesc în perechi. Găurile negre se hrănesc din orice obiect din jurul lor, așa că, atunci când au un tovarăș, îi fură materialul și îl folosesc pentru a construi un disc de acreție care strălucește în raze X.

Razele X sunt deosebite – sau, mai bine zis, deosebit de frustrante – pentru astronomii voștri. Le-ați studiat și le-ați folosit pe Pământ încă de la mijlocul anilor 1800, dar ați avut nevoie de încă un secol pentru a observa raze X în spațiu, deoarece cele mai multe nu pot trece prin atmosfera planetei voastre. Lungimile de undă ale luminii în raze X sunt mai mici chiar și decât moleculele pe care le respiri, așa că fotonii razelor X nu pot călători prea departe în aer înainte să fie absorbiți.

Asta înseamnă că misiunile de cercetare a emisiilor de raze X trebuie să zboare mult deasupra suprafeței Pământului, în baloane de mare altitudine sau prin lansări pe orbită, precum observatorul Chandra, al NASA.

Dar să ne întoarcem la subiect. Scopul acestui capitol nu este să vorbim despre micile mele rușini, ci să vă spun despre Cea Mare, așa-numita gaură neagră supermasivă din centrul meu, pe care astronomii au numit-o Sagittarius A*. (…)

Eu îi spun Sarge găurii mele negre centrale. Mi-am dat seama de mult că e mai ușor să înfrunți pe cineva dacă îi dai și un nume. (…) Astronomii voștri au numit-o după zona de cer în care au detectat semnalul lui Sarge, așa că orice asemănare de nume este o pură coincidență.

Povestea umană e chiar amuzantă și începe cu un om pe nume Karl Jansky. În prezent, Karl este considerat „părintele radioastronomiei” și a primit și o unitate de măsură numită după el. (…) În anii 1930 – o perioadă care a părut dură pentru creaturi ca voi, care depind atât de mult de mâncare, dar pot digera doar o mică parte din ce îi înconjoară –, Karl a descoperit un semnal radio venind dintr-o regiune a spațiului numită Săgetător, una dintre 88 de astfel de constelații oficiale, potrivit organizației IAU, atât de prețioasă pentru astronomii voștri.

Nu uita că specia ta abia putea vedea în spațiu pe atunci. Oamenii de știință nu aveau nicio idee cum să facă să vadă prin cei 8 kps de praf, gaz, stele, găuri negre și tot restul lucrurilor care pot bloca, distorsiona și redirecționa lumina pe care o studiază astronomia. Așa că nu ar trebui să te surprindă când îți voi spune că au mai avut nevoie de 40 de ani ca să-l descopere pe Sarge, ca și cum eu nu m-aș fi plâns de el timp de milioane de ani oricui mă asculta.

În acești 40 de ani, diverși astronomi și-au dat seama că semnalul radio al lui Karl chiar venea din centrul galaxiei lor – adică eu – și că erau, de fapt, mai multe surse radio suprapuse, inclusiv un obiect mai strălucitor și mai dens decât toate celelalte. Pe la 1980, astronomii au adunat suficiente informații despre Sarge pentru a stabili că era, cel mai probabil, o gaură neagră, deoarece nu știau ce altceva ar putea fi atât de mic, dar atât de masiv.

Ținta fusese botezată Sagittarius A* deoarece era un obiect „captivant” în această regiune centrală, plină de zgomot radio, iar fizicienii foloseau asteriscul pentru a desemna stări atomice excitate. Dacă l-ar fi cunoscut pe Sarge așa cum îl știu eu, „captivant” ar fi fost ultima descriere care le-ar fi venit în minte. Deși, dacă orice om ar ajunge chiar să-l întâlnească pe Sarge la fel de intim ca mine, ar fi sfâșiat imediat și cunosc galaxii care s-ar bucura foarte mult de acest gen de spectacol.

Ca să fiu cât mai clară și pentru un om: Sagittarius (Săgetătorul) este o regiune de pe cer, Sagittarius A este o sursă complexă și multiplă de emisii radio din regiunea Săgetătorului și Sagittarius A* este cel mai strălucitor obiect din ea.

Fiecare dintre aceste descoperiri a trebuit să fie făcută pe rând, pe baza a ceea ce reușise generația precedentă de astronomi. Voi, oamenii, vă mișcați atât de încet și vă dedicați întreaga viață să rezolvați doar o mică parte a unei singure probleme mari care vă macină. Ador să văd oamenii făcând lucruri atât de omenești.

Dar să vorbim mai puțin despre oameni și mai mult despre Sarge. (…) Sarge este însă materializarea fizică a tot ce am urât vreodată la mine. Fiecare galaxie pe care am mâncat-o, fiecare flirt eșuat, fiecare comentariu răutăcios și nemeritat aruncat spre Sammy. (Dar nu și cele pentru Trin sau Larry, care le-au meritat pe deplin.) Iar când absorb alte galaxii, preiau și greutatea rușinii lor. (…) Sarge este locul unde trăiesc cele mai negre și dificile amintiri ale mele, cele care s-au scufundat în miezul ființei mele și încearcă să mă tragă și pe mine după ele. (…)

Desigur, astronomii voștri nu gândesc așa despre găurile negre. Pentru ei, Sarge este o curiozitate intelectuală, un mister astronomic dens, a cărui soluție le poate aduce un premiu fantastic. De fapt, trei astronomi au primit în 2020 Premiul Nobel pentru Fizică după ce au confirmat că Sarge este într-adevăr o gaură neagră. Le-a luat ceva timp! Nu-i de mirare că astronomii voștri vorbesc despre găuri negre ca și cum ar fi niște fenomene minunate, de admirat; nu-l știu pe Sarge de suficient de mult timp ca să-i înțeleagă adevărata fire.

Fizic vorbind, găurile negre sunt compuse din două sau trei părți. Există gaura neagră în sine, care este cea mai densă parte din mijloc, din care lumina nu poate scăpa, iar marginea ei se numește orizontul evenimentelor. Mai este discul de acreție, un inel de material care se rotește în spirală către gaura neagră și strălucește datorită frecării dintre toate acele particule individuale din disc. Iar unele găuri negre mai au ceea ce astronomii numesc jeturi, coloane strălucitoare și puternice de material aruncat în sus și-n jos – deși astfel de direcții nu prea au sens în spațiu – de pe planul discului.

Cercetătorii voștri folosesc trei valori diferite pentru a descrie găurile negre: masa, sarcina electrică și spinul, adică rotația. Am ajuns împreună suficient de departe ca să cred că pot sări peste explicarea masei…

Sarcina se referă la încărcătura electrică, care este practic doar diferența dintre numărul de protoni și electroni ori între sarcini pozitive și negative. Găurile negre tind să aibă sarcini neutre, deoarece sunt la fel de mulți protoni ca electroni în univers, care au astfel șanse egale de a fi absorbiți într-o gaură neagră, unde se anulează reciproc. De fapt, astronomii voștri presupun că găurile negre pe care le studiază nu au sarcină, ca să le ușureze calculele, chiar dacă sarcina electrică e mereu în schimbare pe măsură ce gaura neagră acumulează – adică mănâncă – materie nouă.

Spinul unei găuri negre, adică momentul ei cinetic, este… exact cum sună. Astronomii voștri ajung uneori și la nume corecte! Cu cât e mai mare viteza de rotație a unei găuri negre, cu atât modifică și trage după ea țesătura de spațiu-timp din jurul ei. Găurile negre cu mase stelare se învârt deoarece se formează prin colapsarea unor stele masive care se învârt și ele. (Iar stelele preiau și ele această rotație de la cea a norului de gaz din care au fost create, iar norul de gaz, la rândul lui… și tot așa, până jos. Ori sus. Vezi? Direcțiile astea sunt inutile! Să spunem doar că totul se învârte în univers.) Găurile negre mai masive, precum Sarge, își iau spinul din momentul cinetic rămas din coliziunile necesare pentru construirea a ceva atât de masiv.

Sarge are cam 4 milioane de mase solare, deși măsurătorile voastre variază între 3 și 5 milioane. Așa cum și tu îți reprimi cele mai puțin dorite amintiri în cele mai întunecate colțuri ale minții tale, și eu am strivit această masă furioasă într-un spațiu mai mic decât diametrul orbitei planetei tale în jurul Soarelui. Unii astronomi susțin că ar fi mai mic chiar și decât orbita lui Mercur.

Pentru cei care au nevoie de puțin ajutor ca să înțeleagă (adică majoritatea dintre voi, așa că nu e nevoie să te simți aiurea), obiectele atât de masive și atât de mici sunt prea dense pentru a lăsa chiar și lumina să scape atracției lor gravitaționale. „Țesătura spațiu-timp”, cum le place oamenilor de știință să-i spună, se îndoaie și se înfășoară în jurul acestei mase, așa că orice lucru care ar vrea să scape, precum fotonii sau sentimentele de acceptare, e întors către gaura neagră.

Cea mai evidentă parte a densității extreme a unei găuri negre, în special pentru oameni, este că devine imposibil să o vezi. Nu-ți datorez vreo explicație, dar jur că nu am făcut asta intenționat. Dacă aș putea controla orice la Sarge, aș face-o, măcar să-mi recuperez un pic de demnitate. În plus, chiar dacă aș fi putut să-l fac pe Sarge vizibil pentru ochiul uman, probabil nu mi-ar fi trecut prin cap că ar fi ceva ce merită făcut. Căci eu nu am ochi, mai ții minte?

Faptul că oamenii nu pot vedea găurile negre este motivul pentru care au primit acest nume. Termenul pare să fi intrat în limbajul obișnuit al oamenilor drept ceva ce suge toată energia și viața dintr-o încăpere, ceea ce este corect, dar duce la percepția greșită că găurile negre sunt un fel de vid, care suge materialul din jurul lor. Fals! O gaură neagră nu ar depune atât de mult efort pentru nimic. Nu, ele sunt doar abisuri în care cad lucrurile care se mișcă încet.

Dacă Soarele ar deveni mâine o gaură neagră cu aceeași masă, toată lumea ar afla, deoarece ați muri la scurt timp, dar nu pentru că ați fi absorbiți în centrul sistemului vostru solar. Planeta voastră ar continua să se miște pe aceeași orbită, dar ar îngheța, cu toate lucrurile de pe ea, fără căldura stelei pe care eu am făcut-o și de care voi profitați.

Termenul de gaură neagră le oferă oamenilor și ideea absurdă că este o legătură între găuri negre, materie întunecată și energie întunecată, deși ele sunt destul de diferite. Găurile negre sunt obiecte extrem de dense făcute din materie obișnuită, la fel ca tine și ca părțile strălucitoare din mine. Este un tip de materie pe care oamenii de știință îl numesc „materie barionică”.

Materia întunecată este… vezi tu, cercetătorii nu prea știu ce este, dar se comportă ca materia barionică în multe feluri, cu excepția faptului că nu interacționează cu lumina. (Unii dintre astronomii și fizicienii voștri cred că materia întunecată ar putea fi făcută din mici găuri negre, dar nu este o idee prea populară.) Iar energia întunecată nici nu este materie, ci numele pe care oamenii de știință l-au dat forței invizibile care alimentează expansiunea universului. Toate acestea sunt invizibile pentru ochiul uman, dar, din nou, majoritatea lucrurilor sunt invizibile pentru voi, așa că ăsta nu-i un motiv să le grupați împreună.

„Dar, dragă Cale Lactee”, sper eu că zici acum, „cum de putem studia o gaură neagră dacă nu o putem vedea?” Ce întrebare inteligentă! Ei bine, în primul rând cred că trebuie să accepți că sunt mai multe feluri de cunoaștere a lucrurilor, fără să le vezi. Chiar dacă nu aș fi fost mereu conștientă de prezența lui Sarge, l-aș putea simți cum trage de stelele mele și aruncă energie toxică. În al doilea rând, pentru a răspunde la întrebarea „ta”, astronomii studiază găuri negre măsurând modurile în care acestea afectează mediul din jurul lor.

Încă din anii 1990, astronomii voștri au studiat semnalele radio și în infraroșii (lungimile de undă care trec cel mai ușor prin praful dintre voi și Sarge) pentru a măsura pozițiile și vitezele unor stele care orbitează foarte aproape de centrul meu. Fiecare om de știință înțelege că gravitația determină mișcarea în spațiu și că forța gravitațională vine de la masă, așa că studierea acestor stele numite S îi poate ajuta pe astronomi să estimeze masa lui Sarge. Eu mă mândresc că am creat stele excepționale, mai ales unele atât de curajoase și rezistente ca să trăiască atât de aproape de Sarge, dar, din păcate, astronomii voștri par să le dorească doar pentru informațiile pe care le pot oferi. Este jignitor, dar bănuiesc că asta e tot ce pot.

Ei au descoperit o stea, botezată S2, deoarece este a doua cea mai apropiată stea de Sarge (de care știți voi!), care este foarte utilă în această privință. S2 îl orbitează pe Sarge cam la fiecare 16 ani pământești, suficient de des ca astronomii să vadă mai multe ture complete ale stelei pe orbita ei foarte eliptică. Aceste stele sunt suficient de apropiate de Sarge ca să fie util să folosiți unitățile voastre astronomice.

S2 își petrece majoritatea timpului la circa 950 AU depărtare de Sarge, dar la cel mai apropiat punct ajunge la numai 120 AU de acest monstru uriaș. În acea zonă, S2 trebuie să se miște cu o viteză de 7 700 de kilometri pe secundă, adică la 2,5% din viteza luminii! Este versiunea stelară a lui Usain Bolt, un glonț de stea. Și steaua mea curajoasă preferată.

În urmă cu câteva secole pământești, a existat un astronom pe nume Kepler, care a petrecut mult timp gândindu-se la orbitele lunilor, planetelor și stelelor, care funcționează la fel în majoritatea condițiilor. (Aceste stele haotice din bara mea tind să evite să se miște pe ceea ce astronomii voștri consideră a fi orbite kepleriene.) Kepler și-a dat seama că, dacă știi distanța și perioada orbitală a unui corp, poți calcula masa obiectului pe care îl orbitează. Sau masa combinată a obiectelor pe care le orbitează.

Astronomii voștri au folosit munca lui Kepler și orbita stelei S2 pentru a-l „cântări” pe Sarge. Nu ar trebui să fie o surpriză pentru tine că masa unei găuri negre îi determină mărimea. Prin definiție, o gaură neagră este un obiect atât de masiv și de dens, că lumina nu poate scăpa de atracția ei, așa că o gaură neagră de o anumită masă poate crește doar până la un punct înainte să cadă sub pragul de densitate.

În condiții ideale și simple, în care gaura neagră nu are nici sarcină, nici spin, acest prag de mărime este raza Schwarzschild, ori distanța de la un obiect până la limita în care viteza necesară pentru a învinge atracția gravitațională a acestuia este mai mare decât viteza luminii. În cazul lui Sarge, raza Schwarzschild este cam de o zecime de unitate astronomică, dar raza lui fizică e mult mai mică.

Recent – în special pentru oameni, deci chiar n-a trecut mult timp de atunci –, astronomii voștri au reușit în cele din urmă să înțeleagă cum să fotografieze o gaură neagră. Mai bine zis, cum să fotografieze orizontul evenimentelor unei găuri negre. Semnalul pe care l-au detectat se numește radiație sincrotronică, produsă de electronii care accelerează pe liniile de câmp magnetic din jurul găurii negre, ca și cum ar țipa în căderea lor.

Pentru a face fotografia, astronomii au fost nevoiți să construiască un telescop cât planeta voastră de mare. Cu cât un telescop este mai mare, cu atât poate vedea mai bine și mai clar obiecte mici. Chiar dacă până și cea mai mică gaură neagră este absolut uriașă față de voi, ele vă par mici deoarece sunt atât de îndepărtate. Eu nu aș fi investit atâta efort doar pentru a poza ceva plin de regrete, dar bănuiesc că e vreun fel de ritual omenesc, căci foarte mulți dintre voi vă fotografiați toți acei ani imediat penibili din preadolescență.

Cea mai mică gaură neagră pe care au descoperit-o până acum astronomii voștri are o masă doar de trei ori mai mare decât Soarele. DOAR TREI! Asta înseamnă mai puțin de o milionime din masa lui Sarge și un diametru de numai 24 de kilometri. Înțelegerea acestei limite inferioare de masă a găurilor negre îi va ajuta pe astronomi să distingă între găuri negre și stele neutronice, rămășițele stelelor care au fost ceva mai puțin masive decât cele care au format găuri negre. Cea mai importantă diferență este densitatea – stelele neutronice sunt suficient de dense ca electronii să fie împinși în protoni pentru a forma neutroni, dar astronomii nu sunt încă siguri care este această limită inferioară de densitate.

Să ne întoarcem la acel telescop cât Pământul de mare. Evident, specia ta nu este capabilă să construiască o singură structură atât de mare, deși mi-ar plăcea să văd haosul de pe planeta ta dacă ați încerca. În schimb, astronomii folosesc computere puternice pentru a analiza datele obținute prin observații planificate atent, cu telescoape răspândite pe glob, într-un mod similar rețelei MeerKAT, dar pe o scară mai mare.

De fapt, conceptul de bază datează de peste un secol – a fost intuit la finalul anilor 1800 –, dar nu fusese aplicat niciodată într-un proiect de asemenea magnitudine. Până la telescopul Event Horizon (EHT). EHT combină telescoape din cel puțin opt observatoare diferite de pe Pământ, iar rețeaua se mărește constant. În 2019, după ce au trecut prin munți literali de date de la această rețea globală de telescoape, astronomii au publicat prima imagine făcută vreodată de omenire a orizontului evenimentelor unei găuri negre. Dar nu a fost orizontul evenimentelor al lui Sarge. Nici măcar al vreuneia dintre găurile mele mai mici. Ci a găurii negre dintr-o altă galaxie. M87.

M87 este o eliptică care trăiește în roiul de galaxii învecinat cu al nostru, Roiul Fecioarei. (A NU se confunda cu Superroiul Fecioarei. Gândește-te la ele ca la diferența dintre orașul New York și statul New York, deoarece galaxiile din Roiul Fecioarei se mândresc la fel de mult că locuiesc în metropola lor spațială precum cei mai aroganți newyorkezi.) Fiind cea mai mare și mai puternică galaxie din Roiul Fecioarei, M87 are multe responsabilități și o istorie lungă de fapte neplăcute, deci și o gaură neagră gargantuescă în centrul ei, pe bună dreptate.

Chiar dacă Sarge este mai apropiat de tine, gaura neagră din M87 e mai ușor de studiat cu instrumentele voastre mioape. Nu sunt sigură că lui M87 i-a plăcut să fie fotografiată așa, fără permisiune, dar mă îndoiesc că astronomilor voștri le pasă prea mult de consimțământul galactic. Imaginea rezultată a oferit informații despre mărimea găurii negre centrale din galaxia M87 (deci și despre masa ei) și despre direcția în care se rotește (partea care mișcă înspre voi pare mai strălucitoare datorită efectului Doppler). (…)

Eu și M87 nu suntem singurele galaxii cu găuri negre supermasive. Fiecare galaxie are câte una în centrul ei. Toate galaxiile adevărate, măcar. Majoritatea galaxiilor pitice nu le au, ceea ce este logic. Despre ce anume ar trebui să fie atât de supărată o galaxie atât de mică? Dar există unele galaxii pitice care cară după ele o astfel de greutate.”

Vasile Decu: Pe 12 mai 2022 (la scurt timp după ce ‘autobiografia’ Moiyei McTier plecase la tipar), astronomii din proiectul Event Horizon Telescope au dezvăluit și portretul lui ‘Sarge’, gaura neagră supermasivă din inima galaxiei noastre. Un portret ‘în oglindă’, căci bestia gravitațională, de patru milioane de ori mai masivă decât Soarele nostru, este poate fi observată doar indirect, prin materia pe care o torturează în jurul ei și o face să strălucească într-o sferă de radiații.

Mi-a plăcut și citatul unuia dintre oamenii de știință care au lucrat la acest proiect și care explică de ce portretul lui Sarge e mai impresionant, căci a fost mai greu de făcut decât cel al găurii negre din M87:

„Gazul din vecinătatea găurii negre se mișcă la fel de rapid în jurul ambelor găuri negre, Sgr A* și M87*, aproape cu viteza luminii. Dar, în timp ce în cazul mai masivei M87* durează de la câteva zile la câteva săptămânii ca gazul să o înconjoare, o orbită în jurul mai micii Sgr A* durează doar câteva minute. Asta înseamnă că strălucirea și modelul gazului din jurul lui Sgr A* se schimbau rapid în timpul observațiilor noastre. Ca și cum ai încerca să faci o fotografie clară unui cățel care-și aleargă coada.” 😀

Dacă ți-a plăcut articolul și vrei să descoperi și mai multe cărți faine, abonează-te la newsletterul nostru „Biblioteca Exploratorilor”, pentru conversații interesante cu autori de nonficțiune și multe, multe recomandări pentru toate gusturile și nișele! Căci, nu-i așa?, explorarea începe în bibliotecă!

Și, neapărat, vino în clubul nostru de carte de pe Facebook – Biblioteca PressOne!