dimarts, de setembre 24, 2013

El 95% de la matèria de l'univers que s'amaga darrera la cortina

Viure a una casa i no saber què és el que conté, a les fosques, sembla bastant aterridor.

Més o menys això és el que podríem dir de l’univers. Desconeixem de què està format el 95% del cosmos!

Allà pels anys 30 del segle passat, els astrònoms van començar a “pesar” les galàxies. A partir d'estudiar la seva lluminositat global intrínseca es podia obtenir una estimació aproximada de la massa total. Com a comprovació, la massa així estimada es comparava amb la que es deduïa de les velocitats amb les que es movien les galàxies dins dels grups que formen, moviment aquest degut a l'efecte gravitatori entre elles.


Els resultats de seguida van ser sorprenents: faltava massa, és a dir, les galàxies pesaven massa poc per a poder explicar les velocitats amb les que giraven.

Un pot pensar que falla la tecnologia. Sí, és clar, això de construir balances de pesar galàxies no sembla pas una cosa senzilla de fer. Al cap i a la fi, una galàxia està formada per milers de milions d’estrelles, que brillen i que concentren gran part de la massa. Però la majoria d'elles tenen planetes. Per no parlar dels trilions d’asteroides, infinitat de nebuloses, o el pols galàctic que contenen. Molts objectes que no brillen, i, per tant, el mètode d'inferir la massa a partir de la lluminositat els estava deixant fora de la suma.

Si un intenta pesar un llibre, posem per cas, es pot permetre errors de l’ordre dels grams. Dir que el volum sisè de l’Enciclopèdia Catalana pesa 2 quilos, i equivocar-se en 10 o 20 grams no és rellevant. Però errar de quilos seria inadmissible. Podríem directament llençar a la brossa la balança.

Resulta que els càlculs donaven masses 50 vegades més petites que les que eren necessàries per explicar el seu moviment! Seria com dir que el volum sisè pesa 40 grams en lloc dels 2 quilos!

Els mètodes de mesura podien tenir errors, si. Podia ser que els instruments emprats llavors patissin defectes, si. Però, ... explicar una diferència del 98% en base a defectes de la balança no semblava possible. Com tampoc semblava possible que la raó de tal diferència fos deguda als objectes no brillants de les galàxies. 

Alguna cosa hi havia allà fora. Quelcom que representava més del 90% de la matèria i de l’energia de l’univers. I, fos el que fos, no estava format per matèria normal, és a dir, per protons, neutrons i electrons (fixem-nos, per tant, que no és simplement que faltin per descobrir elements més pesats de la taula periòdica, ja que tots els elements, tota la matèria que coneixem està formada per protons, neutrons i electrons).

Actualment, amb teories, mecanismes i instruments molt més precisos només hem fet que afinar, i afirmar, el que aquells herois de la primera part del segle XX van descobrir. Disposem ara de tres formes, totalment independents entre elles, de calcular la quantitat de matèria de l’univers. I totes tres coincideixen extraordinàriament bé.

Quan tres mesures independents coincideixen, un pot començar a apostar la seva mascota favorita a que, realment, s’està davant d'una evidència.

L’univers sembla estar format per un 70% d’una forma desconeguda d’energia (que hem anomenat “energia fosca”), un 25% d’una forma de matèria desconeguda (endevineu el nom? “matèria fosca”), i només un 5% de matèria “normal”. Aquest minúscul 5% és TOT el que entenem: les galàxies, amb les seves estrelles, els planetes, la teva mascota, tu i jo ... Tot el que abans haguéssim anomenat “matèria”.



És a l’hora divertit i sinistre pensar que la matèria fosca deu estar entre nosaltres. Sense interaccionar amb la matèria normal (sinó ja s’hagués descobert) més que per efecte de la gravetat (que seria l’única força que afectaria a aquesta misteriosa matèria).

De jove, recordo perfectament un vespre, ja fosc, en el que la meva companya i jo vàrem entrar a una masia gran i vella, situada a ple bosc, per a passar-hi la nit. Teníem les claus, però no vàrem saber trobar l’interruptor general de la llum.

Tot era fosc, i ens movíem per les escales i els passadissos amb l’ajut d’una petita lot d’excursionista.
Vaig proposar inspeccionar tota la casa. Si havíem de dormir allà, jo volia saber què s’hi amagava. No estava disposat a aclucar els ulls i romandre pendent de qualsevol soroll. Era millor afrontar de cara el tema, i eliminar sospites abans de dormir.

Armats amb la lot, vàrem anar recorrent els racons de la masia. Tot anava bé, fins que vàrem arribar a una de les habitacions. Allà, davant nostre, hi havia una cortina. La llum que s’hi filtrava mostrava una forma de llit al darrera.

Amb un cop de ma vaig apartar la cortina. La meva companya va cridar, i a mi en cor se’m va glaçar. Allà, sota els llençols, es dibuixava una figura. Uns instants després, la figura va resultar ser l’efecte dels coixins, alineats com si formessin un cos, i tapats per la roba.

Sembla com si la humanitat anés explorant el gran univers, també al darrera d’una petita llum que ens va descobrint les coses. N’hem descobert moltes, fins i tot hem arribat a deduir que allà fora s’hi amaguen formes de matèria desconeguda.

Però som encara a la planta baixa.


Quasi no puc esperar a que es descorri la propera cortina!

dijous, de setembre 19, 2013

Bon dia, Júpiter!

Quan us lleveu ben d’hora al matí, i mireu per la finestra, no us estranyeu de veure una llum molt brillant sobre de l’horitzó est. No es tracta pas d’un avió estàtic. Ni d’un objecte misteriós vingut d’altres móns.

Es tracta, ni més ni menys, que del planeta més gran del Sistema Solar. Júpiter.

Aquests dies, a les 6 del matí, Júpiter ja és força alt sobre l’horitzó, perfectament visible, i inconfusible gràcies a la seva intensa lluentor. A les 7, ja de dia i sense estrelles, el podem encara veure brillar, més cap al sud-est, com resistint-se a desaparèixer  esborrat per la potent llum del Sol que està a punt de sortir.


Quan us renteu les dents mirant per la finestra, o badalleu davant del balcó, dediqueu-li una mirada a aquest punt tan brillant. La llum que ens envia ha sortit del Sol uns 90 minuts abans, rebotant a les capes altes de la densa atmosfera de Júpiter, i viatjant cap al nostre planeta. La llum que ara entra per la vostra retina ha estat allà, i, si pogués parlar, ens explicaria històries potser increïbles sobre aquell món.

Júpiter és tan gran que hi cabrien més de 1.300 Terres en el seu interior. Aquest gegant, però,és un projecte fracassat d’estrella. Massa petit com per a poder entrar en la selecta categoria dels sols, s’ha de conformar sent un enorme cos fred, pràcticament gasós.

Vist a través d’un telescopi, fins i tot amb els més modestos, aquest planeta és una delícia per a l’observador. Sense cap dificultat, es poden veure els colors ataronjats i groguencs de la seva atmosfera, colors que s’alineen en bandes paral·leles a l’equador. 

No penseu pas que l’atmosfera de Júpiter s’assembla a la nostra, ja que està formada bàsicament per hidrogen i heli, i per ella circulen enormes tempestes i remolins, de mida superior a la Terra, que perviuen durant desenes d’anys.

Amb més de 60 satèl·lits coneguts, aquest planeta és la reina, en un tauler d’escacs que domina el rei Sol.

Així que ja ho sabeu. Tot un senyor planeta, que ens donarà el bon dia durant setmanes. Només cal mirar per la finestra, direcció sud-est, per saludar-lo.

diumenge, de setembre 08, 2013

Serà el cometa ISON un espectacle a final d'any?

El cometa ISON C/2012 és de camí. Ja hem vàrem parlar en aquest blog fa uns mesos.

Sempre esperem el “cometa del segle”, aquell que es pot veure a llum de dia, i que, al capvespre o abans de sortir el Sol, deix veure cues espectacularment grans i brillants al cel. De vegades, algun anunci de cometa ens fa pensar que aquesta joia ideal s’apropa. Malauradament, en la majoria dels casos, els cometes que arriben es queden curts respecte de les previsions optimistes. Tot i això, la visita d’un cometa brillant sempre ha de ser un avís a navegants, i hem d’estar preparats. No fora que ens els perdéssim, si resultés ser l’escollit.
El cometa ISON va ser descobert per astrònoms russos ara fa un any, mentre buscaven objectes potencialment perillosos per a la Terra. Ràpidament, es varen calcular els paràmetres orbitals d’aquesta roca de gel, i es va veure que el seu recorregut el portaria a passar ben a prop del Sol, a finals de novembre d’enguany.
En les regions més allunyades del Sistema Solar, es calcula que existeixen milions de cossos, de mides variades. Fa quasi 5 mil milions d’anys, quan el Sol i els planetes es van formar a partir d’un immens disc, aquests van anar netejant la part interna del Sistema Solar, atraient o expulsant al material sobrant. Però a l’exterior, aquests objectes sobreviuen. Fins que, algun d’ells és pertorbat per l’atracció gravitatòria d’un cos proper o per algun dels milers de planetes nans que habiten les regions més fredes i fosques del Sistema Solar. Comença, així, una nova òrbita, un llarguíssim viatge que el portarà lentament cap a l’interior, cap al Sol.
 
Imatge: el creixement del cometa 17P/Holmes, fotografiat l'any 2007 des de Falset. Joan A. Català

Aquest tipus de cometes primerencs poden, simplement, fondre’s o desintegrar-se per l’escalfor del Sol en el seu primer pas prop de l’estrella, però de vegades sobreviuen, i surten per l’altre costat de l’astre rei convertits en objectes brillantíssims, i amb llargues cues. El que els fa brillar, amb ells i a les cues, és la volatilització del material que els forma, principalment gel i altres gasos, al ser escalfats pel Sol.
La previsió per l’ISON és bastant prometedora. A començaments de desembre, al voltant dels dies 10 a 14, el cometa podria ser un autèntic espectacle abans de l’alba. La cua, vista des d’un lloc fosc, podria ocupar una bona part del cel que veiem!
Bé, aquestes són les previsions actuals. Tot i això, haig de dir que fa uns mesos les previsions eren, encara, més optimistes. Sembla que els cometes primerenc tenen tendència a començar la volatilització dels seus materials quan encara són lluny del Sol, aixecant d’aquesta manera expectatives massa exagerades. Ara, que es tenen més dades de l’objecte, les previsions s’han moderat una mica.
El que sembla bastant provable és que superi al cometa que ens va visitar a començaments d’any, el Panstarrs. I l’aparició d’aquest va ser bastant satisfactòria, permetent fotografies amb una simple càmera i un trípode.
Per tant, hem d’estar al cas. Des d’aquest blog avisaré si la cosa es posa interessant.

dimecres, de setembre 04, 2013

Buscant en el més petit les respostes als enigmes de l’univers

Sembla increïble que estiguem buscant les respostes a algunes de les principals preguntes obertes sobre l’univers en el món subatòmic.

La màquina més complexa mai construïda per l’humanitat, amb diferència, està validant els mateixos fonaments del nostre coneixement de la natura. I ho fa sota terra, al laboratori del CERN a Ginebra, donant feina, mals de cap, i sembla que també moltes satisfaccions, a milers de científics.
Aquesta màquina està reproduint condicions d’energia impensades, properes a les que l’univers devia presentar en els seus primeríssims instants de vida. De fet, alguns grups conservacionistes extrems predeien catàstrofes bíbliques quan aquesta gran màquina es posés  en funcionament.

El LHC, que així es diu l’andròmina en qüestió, consta de un túnel subterrani de 27 Kms, en el que dos feixos de partícules atòmiques (en aquest cas, protons) són accelerats per uns enormes imans fins a prop de la velocitat de la llum, per a finalment  fer-los xocar de front. D’aquesta forma, s’aconsegueixen energies extremes, que permeten la creació de tot un seguit de partícules, la majoria altament inestables, que constitueixen, avui per avui, la base de tot el nostre coneixement de la natura.
Si heu vist la pel·lícula “Contact”, de la Jodie Foster, o llegit la novel·la (que, per cert, va escriure el meu admiradíssim Carl Sagan), la complexitat i vocació de l’LHC s’assemblaria a la màquina que es construeix seguint indicacions extraterrestres. La seva creació ha estat una obra titànica, col·laboració de molts països, i actualment hi treballen més de 6.000 especialistes.

Però,... què és això de “buscar en el més petit”?
Si aixafem un terròs de sucre, aquest s’esmicola en granets molt petits. Cada gra d’aquests, mirat al microscopi, segueix sent l’agrupació de molts micrograns. Si seguim “baixant”, trobem a les molècules de sucre, cadenes d’àtoms de carboni, hidrogen i oxigen. Però anem més enllà: podem “partir” les molècules de sucre, i obtenir així els àtoms individuals. I vet aquí que els àtoms els podem seguir “dividint” en coses més petites: un nucli, i uns electrons al voltant. I el nucli, en protons i neutrons.

En aquest viatge cap al més petit, sabem, des de la segona meitat del segle XX, que encara podem anar més lluny: els mateixos protons i neutrons, que durant cent anys s’havien cregut com indivisibles, es trenquen en components encara més minúsculs (anomenats “quarks”).
Fins aquí, el sentit comú encara segueix intacte, més o menys, oi? La idea de seguir esmicolant i trencant ens és familiar, i podem entendre que cada cop obtenim coses més petites.

Però és que quan arribem als dominis del més petit, el sentit comú explota com un globus al que hem inflat fins a l’extrem. Benvinguts als dominis de la mecànica quàntica, i a un dels seus principals exponents, la teoria dels camps quàntics.
En aquest regne, tot és estrany i sorprenent.

Les partícules elementals no tenen volum, ni superfície. No tenen  forma familiar. No és que no haguem pogut intuir el seu volum, com si fossin diminutes esferes. La teoria ens diu que, simplement, no en tenen. És més, aquests dimonis de partícules no estan a cap lloc en concret, i a tots a l’hora.
En el món del sentit comú, si tanco hermèticament una partícula en una capça imaginària (de la que res no pot sortir, ni tan sols una partícula), aquí acaba tot. Però en el món de la quàntica, si posem un detector de partícules fora de la capça, obtindrem, astorats, mesures que ens indicaran que la maleïda partícula és tant dins com fora!

En aquesta teoria, podem imaginar una única partícula com un conjunt d’ones que es propaguen en una piscina d’aigua. On és ara la partícula? No sé. A l’hora, és en cada una de les petites ones que s’estan propagant.
Partícules que es creen “espontàniament” del buit, i s’aniquilen a continuació. Altres partícules sense massa. I un llarg etcètera.

Tot i la seva complexitat i de les seves prediccions sorprenents, la teoria dels camps quàntics és, actualment, un dels pilars fonamentals de la ciència, juntament amb les teories de la relativitat especial i general de Einstein. Els científics han pogut anar comprovant, una per una, les prediccions del model. Mai no ha fallat. És àmpliament utilitzat per a explicar el comportament de la matèria. Milions d’experiments, en màquines com el LHC que us comentava, no han mostrat mai ni una pista de desviació respecte de la teoria.
Malgrat això, la realitat que ens pinta la teoria de camps quàntics és totalment anti-intuïtiva i impossible d’entendre. Sí, la teoria funciona, però la seva interpretació no és clara. Cóm s’ho fa la natura per crear elements sòlids i reals, com ara una pedra, o tu i jo, a partir de components que són un zoològic de partícules sense forma?

L’estudi de lo més petit és una de les claus per a poder respondre algunes de les grans qüestions que l’home es fa. Incloses qüestions com de què dimonis està fet més del 70% de l’univers, que només sabem que no és matèria ni energia ordinària.
Submergit en lectures més o menys “freakies” del tema, com a quàntic que soc d’estudis, no puc sinó meravellar-me sobre l’incomprensible complexitat de la natura, i, a l’hora, la seva elegància.

Si ja és extraordinària l’evolució des d’un organisme unicel·lular fins a una màquina tan complexa com un ésser humà, la història de la natura encara es converteix en més èpica si es pensa en el viatge des de les extravagants partícules elementals, i les estranyes forces que les governen, fins a formar una simple pedra, per no parlar ja de crear una cèl·lula.
Telescopis i acceleradors de partícules sota terra. Ciència experimental, i ciència teòrica. Tots obrint les seves ments per a poder entendre, un xic més, el perquè de tot plegat. Podem estar molt a prop.

Ai, si pogués viure tan sols cent anys més, potser podria arribar a conèixer les respostes.
 

Estels i Planetes

TOP