La Lluna té suficient oxigen per permetre que 8.000 milions de persones respirin durant 100.000 anys

Clic per engrandir. Per colonitzar la Lluna, els humans necessitaran oxígen. I els investigadors
suggereixen que es podria extreure suficient oxigen de la regolita. Crèdit: manuelhuss, Adobe Stock.

A l'atmosfera de la nostra Lluna, no hi ha prou oxigen perquè puguem respirar. Però els investigadors creuen que la capa superior de la superfície del nostre satèl·lit, composta pel famós regolita, podria contenir prou d'aquest element essencial per a la vida humana per permetre la colonització. Sempre que s'aconsegueixi extreure'l!

Un gran pas endavant. Després un petit pas enrere. Aquest és el ritme donat des de fa uns mesos a la vacil·lació del vals del nostre retorn a la Lluna. Encara que l'objectiu principal es mantingui: construir a llarg termini una base habitada al nostre satèl·lit natural. Mentre que la NASA acaba de posposar l'expiració del seu programa Artemis al 2025, la Xina i Rússia tenen la intenció d'iniciar la construcció d'una estació lunar el 2026. Abans d'això, caldrà garantir la disponibilitat de determinats recursos vitals. Aigua és clar. Però també oxigen.

Recordeu que l'atmosfera de la nostra Lluna és fina, tènue. Composta principalment per hidrogen, neó i argó. Mentre que el que necessitem els humans és sobretot... oxigen. I ja alguns estan considerant solucions per produir-lo in situ. L'Agència Espacial Europea (ESA) per exemple, però també l'Agència Espacial Australiana i la NASA estan desenvolupant tecnologies capaços d'extreure-la de la regolita lunar, aquesta capa de roques, grava, pedres o pols fina que cobreix la superfície de la Lluna.

Perquè al nostre satèl·lit, trobem molts minerals que contenen oxigen: sílice o òxids de ferro o fins i tot magnesi per exemple. Es troben en una forma original i intacte. No alterada, com a la nostra Terra, per organismes que en pocs milions d'anys, l'haguessin transformat en sòl pròpiament dit.

 Clic per engrandir.
Peu 1: La startup SpaceApplicationsServices va anunciar que estava construint
3 reactors experimentals per millorar el procés de fabricació d'oxigen mitjançant
electròlisi. S'espera enviar la tecnologia a la Luna el 2025 com a part de la missió
d'utilització de recursos in situ de la ESA.
Peu 2: Hi ha prou oxigen al regòlit lunar per mantenir milers de milions de
persones a la Lluna - https://theconversation.com/the-moons-top-

Extracció d'oxigen per electròlisi

Hi hauria, doncs, a la Lluna una formidable reserva d'oxigen. Quina meravella? Bé, segons els investigadors, la regolita està formada per aproximadament, al voltant d'un 45% d'oxigen. Però si tenim en compte només la superfície -perquè encara és difícil saber què hi ha a les roques més profundes- cada metre cúbic de regolita contindria una mitjana d'1,4 tones de minerals. Això és l'equivalent a 630 quilos d'oxigen. Suficient per permetre a una persona respirar durant uns dos anys.

Suposant una profunditat de regolita de al voltant de deu metres, la Lluna podria proporcionar en última instància a vuit mil milions de colons humans suficient oxigen per viure uns 100.000 anys. Una xifra a temperar amb l'eficiència amb què els nostres enginyers podrien extreure oxigen de la regolita. Perquè per recuperar aquest preuat element caldrà mobilitzar molta energia per trencar els vincles estrets que tendeix a forjar. Per electròlisi, per exemple.

A la Terra l'oxigen, que és prou abundant a l'aire que respirem, es veu com un subproducte de l'electròlisi. A la Lluna, es convertiria en el seu producte principal. Els investigadors tenen previst fer que l'operació sigui sostenible basant-se especialment en l'energia solar. Tanmateix, no sembla tan senzill. Perquè abans que es pugui dur a terme l'electròlisi, els òxids metàl·lics que es troben a la Lluna en forma sòlida han de poder convertir-se en una forma líquida. Per la calor, entre d'altres. Es fa a la Terra. Però transportar tot l'equip necessari a la Lluna i fer-lo funcionar allà segueix sent un repte avui.

I ara us convidem a fer un recorregut per la Lluna en 4k Redux. Crèdit: NASA:

La tardor del 2011, la missió Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) va llançar el seu original Tour of the Moon, una animació de cinc minuts que porta l'espectador a una visita virtual del nostre veí més proper a l'espai. Sis anys més tard, el tour ha estat recreat en una resolució 4K impressionant, utilitzant la mateixa trajectòria de la càmera i aprofitant la gran quantitat de dades recollides per LRO durant els anys transcorreguts d'operacions.

El recorregut visita una sèrie de llocs interessants escollits per il·lustrar una varietat de característiques del terreny lunar. Alguns són al costat proper i són familiars per als observadors professionals i aficionats de la Terra, mentre que altres només es poden veure clarament des de l'espai. Alguns són grans i antics (Orientale, Pol Sud-Aitken), altres són més petits i joves (Tycho, Aristarchus). Les zones d'ombra constant a prop dels pols són difícils de fotografiar però més fàcils de mesurar amb l'altimetria, mentre que diversos dels llocs d'aterratge de l'Apol·lo, tots relativament a prop de l'equador, han estat fotografiats amb resolucions de fins a 25 centímetres (10 polzades) per píxel. 

El nou recorregut destaca la composició mineral de l'altiplà d'Aristarchus, les proves de l'existència de gel d'aigua a la superfície a certs punts propers al pol sud i la cartografia de la gravetat a la conca d'Oriental i els seus voltants.

La càmera sobrevola el terreny lunar, apropant-se per veure de prop una varietat de llocs interessants i algunes de les dades de la LRO associades a ells. Inclou els títols de les característiques, les fonts de recerca i la ubicació i escala del centre d'imatges. 

Crèdit video: NASA Scientific Visualization Studio. Visualitzador: Ernie Wright (director) 

Ho he vist aquí.

En vídeo: la col·lisió de la Via Làctia amb la galàxia d'Andròmeda

La galàxia d'Andròmeda (M31) i la Via Làctia s'apropen. Descobriu en vídeo què passarà durant els propers mil milions d'anys i com serà la col·lisió d'aquestes dues grans galàxies.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. La col·lisió de la Via Làctia amb la galàxia d' Andròmeda; la galàxia d' Andròmeda i la Via Làctia s'apropen. Descobriu en vídeo què passarà durant els propers mil milions d'anys i com serà la col·lisió d'aquestes dues grans galàxies.  

Encara no hi ha res a l'univers i l'únic que no canvia és que tot canvia. Tot i que els moviments són lents i imperceptibles per a nosaltres, en realitat es produeixen a velocitats impressionants a escala astronòmica. Així, nosaltres i la Via Làctia en què vivim estem accelerant a uns 500.000 km/h cap a la galàxia d'Andròmeda, la nostra gran veïna, situada actualment a 2,5 milions d'anys llum de distància. És l'objecte celeste més llunyà que es pot veure a ull nu al cel terrestre. Quan el contemples, el veus tal com era fa 2,5 milions d'anys.

Els científics han utilitzat les observacions del Hubble per predir el futur de la galàxia d'Andròmeda i la Via Làctia, i com es veurà la col·lisió des de la Terra. Projectant el moviment de les estrelles d'Andròmeda durant els propers 8.000 milions d'anys, els astrònoms coneixen ara la trajectòria que seguirà aquesta galàxia a l'espai. I es dirigeix ​​directament cap a nosaltres. Les simulacions per ordinador basades en les observacions del Hubble mostren com les dues galàxies xocaran d'aquí a uns 4.000 milions d'anys. 

La galàxia d'Andròmeda, situada a uns 2,2 milions d'anys llum, és la galàxia espiral més propera a casa nostra, la Via Làctia. Des de fa aproximadament un segle, els astrònoms saben que s'està acostant a nosaltres, però no era clar si les dues galàxies col·lisionarien realment o simplement passarien volant una al costat de l'altra. Ara, un equip d'astrònoms ha utilitzat el telescopi espacial Hubble per posar llum sobre aquesta qüestió, observant el moviment de les estrelles a la galàxia d'Andròmeda.

Volien esbrinar com es movia Andròmeda a l'espai. Per això, mesuren la ubicació de les estrelles d'Andròmeda en relació amb les galàxies de fons. El 2002 estaven en un lloc, i el 2010 estaven en un lloc lleugerament diferent. I això els hi va permetre mesurar el moviment durant un període de vuit anys. En realitat, el moviment és increïblement subtil i no és evident per a l'ull humà, fins i tot quan s'observen les imatges nítides del Hubble. Tot i això, una sofisticada anàlisi d'imatges va revelar petits moviments que els científics van poder projectar en el futur.

 

Clic per engrandir. Recreació artística de la col·lisió entre la Via Lactia i la seva germana Andròmeda,
vista des de la Terra, (o el que en restarà d'ella) dintre de 4000 milions d'anys. Crèdit: NASA

A partir d'aquests descobriments, és possible mostrar per fi el que li passarà a la Via Làctia en els propers vuit mil milions d'anys, a mesura que les galàxies s'acostin, després col·lisionin i es fusionin gradualment en una única galàxia el·líptica més gran amb estrelles vermelloses. No obstant això, el sistema solar hauria de sobreviure a aquest enorme xoc. 

La raó per la qual pensem que el nostre Sistema Solar no es veurà gaire afectat per aquesta col·lisió entre la Via Làctia i Andròmeda és que les galàxies són majoritàriament espai buit. 

Tot i que la nostra galàxia, com la d'Andròmeda, té cent mil milions d'estrelles, estan molt separades. Per tant, si dues galàxies xoquen entre si, les estrelles bàsicament passen entre elles i la possibilitat que dues estrelles xoquin directament és molt, molt petita. Així que la probabilitat que el nostre Sistema Solar sigui impactat directament per una altra estrella a Andròmeda la possibilitat de xocar amb ella és molt, molt petita.

Bé, si encara hi ha vida a la Terra quan això passi, els canvis al cel seran força espectaculars. Ara bé, seran molt molt lents perquè les escales de temps a les escales de les galàxies a l'Univers són molt molt llargues. Així que cal pensar en milions d'anys, però fins i tot en aquestes escales de temps de milions d'anys veurem grans canvis. Si esperem uns quants milers de milions d'anys, Andròmeda serà enorme al cel. Serà tan gran com la nostra Via Làctia perquè estarem molt a prop seu.  

I després, quan les galàxies es fusionin, el romanent fusionat de la Via Làctia i Andròmeda s'assemblarà més a una galàxia el·líptica i hi estarem asseguts just al davant per veure-ho. 

Així que la visió de la Via Làctia al cel nocturn desapareixerà del tot i aquesta banda de llum serà substituïda per una distribució de llum més esferoïdal.

En el grup local de quaranta galàxies, Andròmeda i la Via Làctia són les policies dominants. Totes dues se senten atretes l'una per l'altra, tal com van confirmar els astrònoms amb el telescopi Hubble i es calcula quan es produirà el primer contacte i fusió d'aquestes dues grans ciutats estel·lars. Durant els propers mil milions d'anys, Andròmeda augmentarà en importància al cel de totes les estrelles que habiten la nostra galàxia, fins que es fusioni amb la Via Làctia. 

I així, el Sol, nascut a la Via Làctia fa gairebé 5.000 milions d'anys, acabarà la seva vida en una nova òrbita, com a part d'una nova galàxia.  

Ho he vist aquí i a aquí.

Mart: descobriment de noves molècules orgàniques pel Curiosity

Durant una recollida de mostres del rover Curiosity a Mart el 2017, un mal funcionament de la maniobra hauria permès descobrir noves molècules orgàniques encara no vistes a la superfície del planeta vermell.

Clic per engrandir. Selfie del rover Curiosity, sobre Mart des del 2012. Crèdit: NASA, JPL-Caltech, MSSS

Durant gairebé deu anys de presència a Mart, el rover Curiosity encara no ha acabat de sorprendre. Un estudi publicat a Nature Astronomy l'1 de novembre informa dels resultats de les anàlisis de mostres preses pel Rover en 2017. Durant l'operació d'extracció, roques marcianes han estat emmagatzemats en un recipient que conté un líquid, per dur a terme experiments anomenat experiment humit  (literalment: experiment mullat). La reacció química induïda hauria permès observar la presència de les molècules orgàniques contingudes a les mostres. 

Dos nous tipus de molècules orgàniques

A l'arribar al crater Gale l'agost de 2012, Curiosity es va embarcar immediatament a la recerca de rastres de vida passada, nou anys abans de que arribessin el Perseverance i Zhurong. Mitjançant estudis químics, físics i geològics, la tasca del rover era detectar aquestes biosignatures. L'any 2018, les roques sedimentàries  recollides del cràter es van emmagatzemar a l'instrument SAM, sigles de Sample Analysis at Mars (Anàlisis de mostres a Mart) per analitzar-ne la composició. Per tant, algunes roques contenien diverses molècules com el  carboni, sulfur, benzè o fins i tot tiofè. Aquest descobriment va despertar llavors l'interès de la comunitat científica, apuntant a possibles biosignatures.

Clic per engrandir. L'instrument SAM, inserit a la "panxa" del Curiosity, permet fer diversos
experiments amb les mostres preses. Crèdit: Nasa, JPL-Caltech

El 2017, Curiosity va patir un mal funcionament durant una operació de mostreig de  sorra a les dunes de Bagnold. Així doncs, els enginyers van col·locar conscientment les mostres en tubs que contenien un agent líquid anomenat N-metil-N- (trimetilsilil) trifluoroacetamida*, aquest últim permetent així realitzar anàlisis químiques quan es barreja amb altres components químics. Cap biosignatura per als investigadors de la NASA, però el descobriment de l'amoníac i l'àcid benzoic. Aquest últim, derivat del benzè, està present a la Terra en determinades plantes com els nabius o els cacaus. L'amoníac sol ser vist com un gas, que emanen de l'escorça terrestre i d'altres fonts com la fermentació bacteriana o determinats hidrocarburs com el petroli i el carbó. 

Clic per engrandir. Representació de les dunes de Bagnold explorades per Curiosity. Crèdit: NASA, JPL-Caltech 

Si aquestes molècules no són la marca segura de rastres de vida a Mart fa 3.000 milions d'anys, en el moment en què hi havia aigua al Planeta Roig, podrien, d'altra banda, informar els científics sobre l'evolució geològica de Mart. 

Un trio de robots a la recerca de vida a Mart

El Curiosity hauria de continuar recorrent els erms de Mart a la recerca de biosignatures. Els investigadors van donar fe de l'eficàcia d'aquest mètode, sense indicar clarament si es repetirà o es millorarà, l'estudi explica que "la derivatització realitzada ha demostrat ser una potent eina que amplia el nostre camp d'investigació a partir de molècules orgàniques o biològiques". 

Clic per engrandir. Recreació del rover xinés Zhurong, a la regió d'Utopia Planitia. Crèdit: CNSA

Paral·lelament al treball realitzat per Curiosity, Perseverance i Zhurong, que van arribar al febrer i maig del 2021, també estan ocupats buscant rastres de vida passada a Mart. Les roques perforades per Perseverance mostren que l'aigua era efectivament present a Mart fa 3.000 milions d'anys gràcies al descobriment de sals minerals al cràter Jezero. Pel que fa a Zhurong, l'Agència Espacial Nacional Xinesa (CNSA) no ha anunciat un gran avanç en la recerca de biosignatures, però gràcies a l'extensió oficial de la seva missió, el rover continua explorant les planes d'Utopia Planitia abans que s'esgoti la seva autonomia.

* trifluoroacetamida: és un reactiu per a la trimetilsilització d'alcohols, alcaloides i amines biogèniques, àcids carboxílics, fenols i esteroides.

 

Ho he vist aquí.

Gabinet de curiositats: 17 Larves de tricòpters vestides d'or

Clic per engrandir. Larves de tricòpters vestides d'or. Crèdit: Fabrice Gousset, Emma Hollen

En aquest nou capítol del nostre Gabinet de Curiositats, ens aventurem entre rius i aiguamolls per descobrir els tricòpters, un petit insecte amb incomparables dots d'argenter. També ens acompanyarà un jove artista impulsat per la voluntat de sublimar l'obra d'aquests artesans invisibles. Preparat per donar el pas?

La ciència i l'art són meravellosos perquè tots dos aconsegueixen despertar la nostra fascinació i portar a qüestionar-nos sobre el món que ens envolta. Si alguns els agradaria presentar-los com a entitats antagòniques, la realitat és que aquestes dues maneres d'entendre el nostre entorn són tan complementàries com essencials entre si. No obstant això, pocs objectes desperten tant l'enveja dels col·leccionistes de curiositats com els que aconsegueixen combinar subtilment el saber fer de l'artesà amb l'objecte natural, la sensibilitat humana amb la intel·ligència animal. I és de tal objecte del que parlarem avui. Però primer, ens trobem uns artistes el talent del quals està ben establert: els tricòpters.

Els tricòpters, artesans submarins

Seria injust dir que és només un tricòpter. Perquè si efectivament té un parell d'ales esveltes i esponjoses quan arriben a l'edat adulta (trikhos "cabell" i pteron "ala", en grec), la frigània és sobretot una criatura de l'aigua. Habitant d'estanys, rius i llacs, emergeix del seu ou sota la superfície, on passarà la major part de la seva vida en les etapes de larva i pupa. També és la preferida dels pescadors amb mosca (o pescadors amb mosca ), que li han donat molts sobrenoms segons la regió: cherfaix, llenyataire, caset, cuc d'aigua, regidor, monjo, costella, tronc de trineu o fins i tot porter.

Clic per engrandir. Zoom sobre una larva de frigània descoberta a Finlàndia.
Crèdit:Pentti Ketola, diptera.info

A primera vista, la larva de frigània no es distingeix especialment de la d'altres insectes aquàtics. Mesura només dos o tres centímetres, amb el seu cos llarg i segmentat, marró, maragda, groc o gris, prima o grassa, podria passar desapercebuda fàcilment, excepte potser als ulls d'uns quants peixos cobdiciosos. Però aquesta nàiada és una original, i més que anar nua sota l'ona límpida, li agrada adornar-se amb els vestits més excèntrics. La seva part inferior del cos està així vestida amb un llarg tub de seda que adorna amb cura amb un conjunt de materials. Fulles, sorra , fusta, petxines de cargol o còdols petits, cada espècie té la seva especialitat i competeix en creativitat per formar aquestes beines d'una finor incomparable.

Clic per engrandir. Frigània en una beina mineral. Crèdit: JAH, Adobe Stock

Clic per engrandir. L'elecció dels materials utilitzats per a la beina depèn de la espècie de
tricòpter que la construeix, però també de la seva edat. Crèdit: Jan Hamrsky, aquaticinsect.net 

Molts investigadors s'han preguntat quin és la utilitat d'aquestes beines, fetes i mantingudes amb tanta cura. I després de més d'un segle de debat, la resposta és mixta. Per a algunes espècies, la beina facilita la respiració augmentant el subministrament d'oxigen a les brànquies. Per a altres, actua com una armadura mineral contra els atacs de la truita i el peix escorpí. I en alguns entorns, la delicada configuració de les fulles que envolta el cos de l'animal li permet camuflar-se lluny dels depredadors.

Clic per engrandir. El "portafustes" mereix el seu sobrenom, com mostra aquesta
fotografia. Crèdit: Bob Henricks 

Treballar amb l'artista

A la dècada de 1980, un jove artista del sud de França va tenir una idea. Hubert Duprat, un aficionat a la mineria d'or, ha sentit parlar d'aquestes criatures i es pregunta quin seria el resultat de l'escarabat cadàver amb unes escates d'or al·luvial. Per tant, va adquirir un aquari que va omplir amb aigua fresca declorada, purpurina, pelletes i fils d'or, perles i pedres precioses i hi va col·locar diverses larves. Ràpidament, els insectes es posen a treballar i comencen a construir delicades peces de plata amb el lapislàtzuli, el robí i el diamant que se'ls proporciona.

Clic per engrandir. Frigània sobre un llit d'or i pedres precioses construint la seva
funda. Crèdit: Fabrice Gousset

Clic per engrandir. Situats en l'entorn opulent creat per Hubert Duprat, els tricòpters es transformen
en petits argenters. Crèdit: Fabrice Gousset

De vegades, l'artista les modifica per tal de crear alternances en els patrons dels casos. Altres vegades, treu un floc d'or aquí, un allà perquè siguin substituïts per òpals. Així, aquests petits joiers de vegades dissenyen petxines d'or encerclades amb caboixons turqueses, de vegades gruixudes armadures de metall flamejant, adornades amb safirs i perles. Hubert Duprat arriba a patentar el seu procés i, durant anys, agrega la més petita volva d'informació que troba sobre insectes a través de la literatura, l'art o la història en una gegantina “biblioteca tricòpteroteca”. El seu llibre, "Le Miroir du Trichoptère", publicat l'any 2020 és la culminació d'aquest treball de col·leccionisme, la beina en què l'artista recopila tot allò que el corrent li va aportar durant aquesta experiència.

Clic per engrandir. En moure els caductors d'un entorn a un altre, Hubert Duprat els porta a
crear alternances en les beines que dissenyen. Crèdit: Fabrice Gousset

Sublimades per or i minerals preciosos, o en la seva forma més pura, les beines de les frigànies demostren que el món salvatge té els seus propis artesans, i que la bellesa és a tot arreu sempre que ens prenem el temps per mirar el que té lloc als fons dels nostres rius, entre les branques dels arbustos i sota les soques dels arbres plens de vida. Pel que fa a les obres fruit de la col·laboració entre Hubert Duprat i les frigànies, combinant objectes científics i artístics, no cal dir que els hi hem de trobar necessàriament un lloc al nostre Gabinet de Curiositats.

Clic a la imatge per engrandir. Ens veiem aviat per a un nou capítol del Gabinet de Curiositats. Crèdit imatge superior: nosorogua, AdobeStock

Veure:

Anterior:16 L'exòtica dentadura d'en George Washington

Següent: 18 La llàgrima batava, un objecte paradoxal amb superpoders

Ho he vist aquí.

Dossier. 9 Singularitats i temps zero: com descriure l'univers?

S'ha acabat allò que es pot conèixer directament. La idea de l'infinit, però, sorgeix tan bon punt pensem. Però es pot trobar l'infinit a la natura i a la física que pretén representar-lo? És present a l'Univers?

El nostre univers és finit o infinit? Hi ha una finitud del temps? Quin model hem d'utilitzar per descriure el nostre univers? Què hi ha abans del Big Bang? Descobreix-lo gràcies a les nocions de singularitats i temps zero.

“Som nosaltres, la divinitat indivisa que opera en nosaltres,  qui hem somiat l'univers. Ho vam somiar sòlid, misteriós, visible, omnipresent en l'espai i fixat en el temps; però hem permès que hi hagi per sempre en la seva arquitectura prims intersticis de la desraó, per donar fe de la seva falsedat."

Jorge Luis Borges
Els avatars de la tortuga.

 

Clic per engrandir. Singularitats i temps zero: què són? Aquí, el  South Pole Telescope (esquerra)
i Bicep2 (dreta), al Pol Sud, s'utilitzen per mesurar la polarització del fons difús còsmic. Crèdit:
Amble,  Wikimedia Commons , CC by-sa 3.0

L'espectre del temps finit

A diferència de la finitud de l'espai, el finit del temps sembla espantar més que l'infinit. Podem veure dos motius:

- El primer, completament legítim, sorgeix del fet que aquest límit temporal passat sembla presentar-se, com en el cas del forat negre, en forma de singularitat. Més endavant veurem què en pensem. Recordem que el problema del finit espacial es va enfrontar a aquesta qüestió de límit fins a la introducció de geometries i topologia no euclidianes (vegeu el capítol 3 d'aquest dossier).

- La segona raó és menys física: la durada finita del passat xoca amb el mite tenaçment ancorat d'un univers sense evolució. És per aquests motius que alguns han intentat desfer-se, no de l'infinit, sinó al contrari del caràcter finit del temps passat.

La constant cosmològica i el Big Bang

Un dels primers camins seguits va ser el de la constant cosmològica Λ, seguint el treball de Georges Lemaître. Aquesta constant juga un paper molt important, perquè la seva presència permet considerar models de l'univers segons els quals l'expansió duraria un temps extremadament llarg, fins i tot infinit. Per a valors adequats de Λ, les solucions de les equacions de la relativitat general no impliquen cap singularitat passada: segons alguns, l'univers s'hauria contret primer, des d'un temps infinitament llunyà en el passat; hauria passat per una fase de compressió mínima, sense singularitat; després, finalment, hauria iniciat l'actual fase de dilatació, durant un període infinit en el futur. 

Les restriccions observacionals recents ja no permeten donar suport a aquests models. Ja l'any 1931, Lemaître ja havia optat per models d'univers amb un passat temporal finit i una singularitat inicial. Alguns l'han acusat de concordisme*, és a dir, d'haver estat influenciat per les seves conviccions religioses. De fet, els models del Big Bang descriuen un univers extremadament calent i dens en la seva fase inicial, i ple de resplendor. Això recordaria, van declarar els seus detractors, el "fiat lux" (facis la llum) del Gènesi. Però Lemaître es va defensar intensament, argumentant amb raó sobre el caràcter científic del que inicialment va anomenar  "l'àtom primitiu". Més aviat sembla que en aquest cas van ser els seus detractors, per exemple l'astrònom britànic Fred Hoyle, els que van cedir la confusió. És, a més, aquest últim qui va introduir la magnífica interpretació errònia del terme "Big Bang" (mala interpretació perquè l'autèntic Big Bang no és en cap cas un gran boom explosiu!) Ho va fer per burla, però la paraula va fer carrera.

El mateix Einstein va reaccionar negativament als models del Big Bang, dient: "No, recorda massa la creació". El famós astrofísic Arthur Eddington, havent pres aquesta idea amb horror, va proposar l'any 1930 un model on el valor de la constant cosmològica s'ajustava especialment per descriure un univers sense Big Bang, infinit en el passat i en el futur. 

El principi cosmològic perfecte

L'espectre del Big Bang ha espantat molts altres constructors de cosmologies. L'any 1948, Hermann Bondi i Thomas Gold van imaginar un procés de "creació contínua" de la matèria, amb l'únic objectiu de poder construir un model alternatiu al Big Bang, tot mantenint-se d'acord amb l'expansió còsmica observada. La matèria s'havia de crear constantment i arreu, per tal de mantenir constant la densitat mitjana de l'univers, necessària per a un univers estacionari, compensant la dilució deguda a l'expansió. Per això, n'hi havia prou que es creés un àtom d'hidrogen, per metre cúbic d'espai, cada 5.000 milions d'anys!

Aquest intent de restaurar el mite d'un univers estacionari que seria invariable tant en l'espai com en el temps (formalitzat amb el nom de "principi cosmològic perfecte") va ser certament atractiu. Però la seqüència d'esdeveniments va donar la raó a Lemaître: l'abundància observada d'elements lleugers, el descobriment de la radiació de fons cosmològica i les seves propietats, l'edat de les estrelles, l'evolució de les galàxies, tots aquests resultats militen a favor d'una fase molt calenta de l'univers primordial i, per tant, dels models del Big Bang.

L'espectre de la singularitat

Els models Big Bang prohibeixen considerar temps anteriors a t₀, on el radi d'escala R_(t0) era zero. Però el mateix instant t₀ dóna lloc a infinits problemes anàlegs als ja trobats pel que fa a la singularitat del forat negre: l'univers s'hauria d'haver concentrat en un volum infinitament petit, infinitament dens i de curvatura infinitament gran. En els models del Big Bang en expansió-contracció, el mateix destí espera a l'univers en un futur finit, de diverses desenes de milers de milions d'anys. Aleshores seria un "Big Crunch"! 

La singularitat inicial marca, com la del forat negre, una autèntica interrupció (però cap al passat aquesta vegada) de les línies de l'univers del fluid còsmic, i per tant del temps. No es considera un esdeveniment. Per al matemàtic, no pertany a l'espai-temps sinó que constitueix una vora temporal, situada en una durada passat finita. Difícil d'admetre, quan ens hem pres tants problemes per eliminar l'existència d'una vora de l'espai! La paradoxa es deu tant al seu caràcter finit (finitud del temps corresponent a l'aturada sobtada de les línies de l'univers) com al seu caràcter infinit (valors inconcebiblement grans de densitat i curvatura).

Els cosmòlegs han intentat desfer-se d'aquesta monstruositat, amb una preocupació comparable a la d'eliminar la singularitat final del forat negre. Ho van intentar tot per demostrar que la singularitat inicial, on l' energia i la curvatura de l'univers esdevindria infinita, no podria ocórrer realment. Atès que la idea de la constant cosmològica no va tenir èxit, alguns van suggerir que l'ús de supòsits simplificadors injustificats podria haver esbiaixat els càlculs; hauria fet aparèixer en les solucions de les equacions una singularitat que realment no existiria. També va ser un fracàs. I un cop més, Lemaître havia esbossat, ja el 1933, una demostració capital segons la qual les singularitats cosmològiques són una conseqüència ineluctable de la relativitat general, subjectes a supòsits raonables. Va anticipar així els famosos "teoremes de les singularitats", demostrats de manera més general als anys 60 i que faran famosos els seus autors, Stephen Hawking i Roger Penrose: la presència inevitable d'una singularitat còsmica en el passat de qualsevol model de l'univers, sempre que satisfaci la relativitat general i contingui tanta matèria com allò que s'observa. Una mena de teorema simètric del ja provat per al futur dels forats negres.

L'única solució per desfer-se dels infinits gravitatoris: sortir del marc de la relativitat general clàssica. I aquesta és la via que sembla raonable, perquè tot empeny els físics a considerar que l'aparició d'una singularitat, caracteritzada per infinites magnituds, marca el límit de validesa d'una teoria. També hem observat que la relativitat general (ni cap altra teoria de la gravitació proposada) no és una teoria completa, sense incorporar els preceptes de la física quàntica.que descriu el món microscòpic. Per tant, sembla, de totes maneres, extremadament temerari, i fins i tot injustificat, extrapolar els resultats de la relativitat general a distàncies arbitràriament petites, en particular les corresponents a una singularitat. Fins i tot sabem que no ho podem fer a escales espacials inferiors a la longitud de Planck (10^-35m). Aquesta escala potser actua com una mena d'horitzó microscòpic. Sense saber què passa exactament en aquestes dimensions, els físics creuen que la geometria mateixa podria quedar subjecta a fluctuacions quàntiques, que la relativitat no pot tenir en compte.

Època de Planck i temps zero

Tanmateix, segons els models del Big Bang, la reconstrucció passada de l'evolució del factor d'escala de l'univers (vegeu més amunt) condueix a un valor tan petit com 10^-35m. El moment corresponent de la història còsmica s'anomena "època de Planck". Correspon a un instant t_Planck una mica més tard (de 10^-43segons) a t₀. Els valors de temperatura i densitat van ser enormes, respectivament 10³²K i 10⁹⁴g/cm³. En condicions tan terribles, la relativitat general no es pot aplicar, ni tan sols perquè és impotent per tenir en compte els efectes quàntics, per preponderants que siguin: per acostar-se a aquest període cal imperativament una teoria de la gravetat quàntica, o al menys una teoria que unifiqui el fonamental; interaccions.

La nostra física, doncs, no ens permet rastrejar la història passada de l'univers fins a t₀, és a dir, fins a la singularitat. La validesa de la reconstrucció còsmica només s'estén entre avui i t_Planck. Els intents d'imaginar els estats anteriors condueixen a un desenfocament quàntic, de manera que la història de l'univers només es pot considerar des de l'època de Planck. Aquest no és l'inici “real” de l'univers, sinó que és el començament del període en el qual som capaços de descriure'l i, fins a cert punt, d'entendre'l. Això no canvia la descripció posterior de l'evolució còsmica: que avui tornem al passat d'avui a t_Planck, o (de forma fictícia) fins a t₀, això només genera una diferència de 10^-43segons, en comparació amb un període d'expansió d'uns 10.000 milions d'anys.

I fins aquí aquest dossier sobre l'infinit, esperem que us hagi estat d'interès.

* Concordisme: Més que una teoria, es designa amb aquest terme una tendència difosa sobretot al segle XIX que volia trobar tant sí com no, cert acord entre les diverses adquisicions científiques de llavors i el primer relat bíblic de la creació (Gn 1 -2,4a). Aleshores s'identificaven els «dies» del Gènesi amb els diversos períodes geològics, i la creació de la llum abans del sol es referia als metalls radioactius i lluminosos. 

Capítol anterior: La infinitat de la matèria: el buit

 

Ho he vist aquí.

Resolt un misteri còsmic de fa 16 anys, que revela una baula perduda estel·lar

Clic per engrandir. La nebulosa de l'anell blau està formada per dos cons de gas en expansió
expulsats a l'espai per una fusió estel·lar. A mesura que el gas es refreda, forma molècules
d'hidrogen que xoquen amb les partícules de l'espai interestel·lar, cosa que fa que irradiïn llum
ultraviolada llunyana. Invisible per a l'ull humà, aquí es mostra de color blau. Crèdits:
NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Carnegie Institution for Science)/K. Hoadley (Caltech)/GALEX Team.

La nebulosa de l'Anell Blau, que va deixar perplexos els científics durant més d'una dècada, sembla l'exemple més jove conegut de dues estrelles fusionades en una.

El 2004, els científics de l'Explorador de l'Evolució de la Galàxia (GALEX) de la NASA van detectar un objecte diferent de tots els que havien vist abans a la nostra Via Làctia: una gran i tènue taca de gas amb una estrella al seu centre. A les imatges de GALEX, la taca apareixia de color blau -encara que en realitat no emet llum visible per a l'ull humà- i les observacions posteriors van revelar una gruixuda estructura anular a l'interior. Per això, l'equip la va batejar com la nebulosa de l'anell blau. Durant els 16 anys següents, la van estudiar amb múltiples telescopis terrestres i espacials, però com més n'aprenien, més misteriosa semblava.

Un nou estudi publicat en línia el 18 de novembre a la revista Nature podria haver resolt el cas. Aplicant models teòrics d'avantguarda a la gran quantitat de dades que s'han recollit sobre aquest objecte, els autors afirmen que la nebulosa -un núvol de gas a l'espai- està probablement compost per les restes de dues estrelles que van xocar i es van fusionar en una sola.

Encara que es creu que els sistemes estel·lars fusionats són força comuns, són gairebé impossibles d'estudiar immediatament després que es formin perquè estan enfosquits per les deixalles que la col·lisió aixeca. Un cop les deixalles s'han dissipat -almenys centenars de milers d'anys després- són difícils d'identificar perquè s'assemblen a les estrelles no fusionades. La nebulosa de l'Anell Blau sembla la baula perduda: Els astrònoms estan veient el sistema estel·lar només uns pocs milers d'anys després de la fusió, quan l'evidència de la unió és encara abundant. Sembla que és el primer exemple conegut d'un sistema estel·lar fusionat en aquesta fase. 

Clic per engrandir. La nebulosa de l'Anell Blau està formada per dos núvols buits en forma
de con que s'allunyen de l'estrella central en direccions oposades. La base d´un dels cons
viatja gairebé directament cap a la Terra. Com a resultat, els astrònoms que observen la
nebulosa veuen dos cercles que se superposen parcialment. Crèdit: Mark Seibert

Operat entre 2003 i 2013 i gestionat pel Laboratori de Propulsió a Raig (JPL) de la NASA al sud de Califòrnia, GALEX va ser dissenyat per ajudar a estudiar la història de la formació estel·lar a la major part de l'univers mitjançant el cens de les poblacions d'estrelles joves en altres galàxies. Per això, la missió va observar tant la llum ultraviolada propera (longituds d'ona lleugerament més curtes que la llum visible) com la ultraviolada llunyana. La majoria dels objectes observats per GALEX emeten tant llum ultraviolada propera (representada en groc a les imatges de GALEX) com ultraviolada llunyana (representada en blau), però la nebulosa de l'anell blau destaca per emetre només llum ultraviolada llunyana.

La mida de l'objecte era semblant al d'un romanent de supernova, que es forma quan una estrella massiva es queda sense combustible i explota, o una nebulosa planetària, les restes inflades d'una estrella de la mida del nostre Sol. Però la Nebulosa de l'Anell Blau tenia una estrella viva al seu centre. Encara més, les restes de supernova i les nebuloses planetàries irradien en múltiples longituds d'ona lluminoses fora del rang UV, mentre que investigacions addicionals van mostrar que la Nebulosa de l'Anell Blau no ho va fer. 

Planeta fantasma

El 2006, l'equip de GALEX va observar la nebulosa amb el telescopi Hale de 5,1 metres a l'Observatori Palomar al Comtat de San Diego, Califòrnia, i després amb els telescopis encara més potents de 10 metres a l'Observatori W.M. Keck a Hawaii. Van trobar evidència d'una ona de xoc a la nebulosa, cosa que suggereix que el gas que compon la Nebulosa de l'Anell Blau havia estat expulsat per algun tipus d'esdeveniment violent al voltant de l'estrella central. Les dades de Keck també suggereixen que l'estrella estava arrossegant una gran quantitat de material cap a la seva superfície. Però d'on venia el material?

"Durant molt de temps pensàvem que potser hi havia un planeta amb diverses vegades la massa de Júpiter sent destrossat per l'estrella, i que estava tirant tot aquest gas fora del sistema", va dir Mark Seibert, astrofísic de la Carnegie Institution for Science i membre de l'equip de GALEX a Caltech, que administra el JPL.

Però l'equip volia més dades. El 2012, utilitzant el primer estudi de cel complet del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, un telescopi espacial que va estudiar el cel en llum infraroja, l'equip de GALEX va identificar un disc de pols que orbitava de prop al voltant de l'estrella. (WISE es va reactivar el 2013 com la missió de caça d'asteroides NEOWISE). Les dades d'arxiu de tres observatoris més en l'infraroig, inclòs el Telescopi Espacial Spitzer de la NASA, també van detectar el disc. La troballa no va descartar la possibilitat que un planeta també orbités l'estrella, però finalment l'equip demostraria que el disc i el material expulsat a l'espai provenien de quelcom una mica més gran que fins i tot un planeta gegant. Després, al 2017 el "buscador de planetes en zona habitable" del telescopi Hobby-Eberly a Texas va confirmar que no hi havia cap objecte compacte orbitant l'estrella.

Més d'una dècada després de descobrir la Nebulosa de l'Anell Blau, l'equip havia reunit dades sobre el sistema de quatre telescopis espacials, quatre telescopis terrestres, observacions històriques de l'estrella que es remunten al 1895 (per tal de buscar canvis a la seva brillantor amb el temps) i amb l'ajuda de científics ciutadans a través de l'Associació Americana d'Observadors d'Estrelles Variables (AAVSO). Però una explicació del que havia creat la nebulosa encara els eludia.

Es creu que la Nebulosa de l'Anell Blau és el producte de la fusió de dues estrelles en una
de sola. La col·lisió dels cossos va expulsar un núvol de deixalles calentes a l'espai. Un disc
de gas que orbita l'estrella més gran talla el núvol per la meitat, creant dos cons que s'estan
allunyant de l'estrella en adreces oposades.

Detectiu estel·lar

Per quan Keri Hoadley va començar a treballar amb l'equip científic de GALEX el 2017, "el grup havia topat amb una mena de paret" amb la Nebulosa de l'Anell Blau, va dir. Però Hoadley, una astrofísica de Caltech, estava fascinada per l'objecte i les seves característiques estranyes, per la qual cosa va acceptar el repte de tractar de resoldre el misteri. Semblava probable que la solució no provenia de més observacions del sistema, sinó de teories d'avantguarda que podrien tenir sentit de les dades existents. Així que Chris Martin, investigador principal de GALEX a Caltech, va contactar Brian Metzger de la Universitat de Columbia per ajudar.

Com a astrofísic teòric, Metzger fa models matemàtics i computacionals de fenòmens còsmics, que es poden utilitzar per predir com es veuran i es comportaran aquests fenòmens. S'especialitza en fusions còsmiques, col·lisions entre una varietat d'objectes, ja siguin planetes i estrelles o dos forats negres. Amb Metzger a bord i Hoadley guiant la feina, les coses van avançar ràpidament.

"No era només que Brian pogués explicar les dades que estàvem veient; ell estava essencialment predient el que havíem observat abans que el veiés", va dir Hoadley. Ell diria, "Si això és una fusió estel·lar, llavors hauries de veure X", i va ser com; Sí! Ho veiem!".

L'equip va concloure que la nebulosa va ser el producte d'una fusió estel·lar relativament recent que probablement va passar entre una estrella similar al nostre Sol i una altra estrella de només una desena part d'aquesta mida (o unes 100 vegades la massa de Júpiter). Apropant-se al final de la seva vida, l'estrella similar al Sol va començar a inflar-se, apropant-se més a la seva companya. Finalment, l'estrella més petita va caure en una espiral descendent cap a la seva companya més gran. Al camí, l'estrella més gran va esquinçar l'estrella més petita, embolicant-se en un anell de runa abans d'empassar-se del tot l'estrella més petita.

Aquest va ser l'esdeveniment violent que va portar a la formació de la Nebulosa de l'Anell Blau. La fusió va llançar un núvol de runes calentes a l'espai que va ser tallat en dos pel disc de gas. Això va crear dos núvols de runa en forma de con, les seves bases allunyant-se de l'estrella en direccions oposades i fent-se més amples a mesura que viatgen cap a l'exterior. La base d'un con està venint quasi directament cap a la Terra i l'altre quasi directament allunyant-se. Són massa febles per veurels sols, però l'àrea on els cons se superposen (com es veu des de la Terra) forma l'anell blau central observat per GALEX. 

Clic per engrandir. La cúpula oberta del telescopi Hobby-Eberly protegeix els 91 segments del
mirall primari. Crèdit: Ethan Tweedie Photography

Van passar mil·lennis. El núvol de runes en expansió es va refredar i va formar molècules i pols, incloent-hi molècules d'hidrogen que van xocar amb el medi interestel·lar, l'escassa col·lecció d'àtoms i partícules energètiques que omplen l'espai entre les estrelles. Les col·lisions van excitar les molècules d'hidrogen i van provocar la seva irradiació en una longitud d'ona específica de llum ultraviolada llunyana. Amb el temps, la resplendor s'ha tornat prou brillant perquè GALEX el veiés.

Les fusions estel·lars poden produir-se tan sovint com una vegada cada 10 anys a la nostra Via Làctia, la qual cosa significa que és possible que una població considerable de les estrelles que veiem al cel fossin dues una vegada.

"Veiem molts sistemes de dues estrelles que podrien fusionar-se algun dia, i creiem haver identificat estrelles que es van fusionar potser fa milions d'anys. Però gairebé no tenim dades sobre el que passa al mig", va dir Metzger. "Creiem que probablement hi ha moltes restes joves de fusions estel·lars a la nostra galàxia, i la nebulosa de l'Anell Blau podria mostrar-nos el seu aspecte perquè en puguem identificar més".

Encara que probablement sigui la conclusió d'un misteri de 16 anys, també pot ser el començament d'un nou capítol en l'estudi de les fusions estel·lars.

"És sorprenent que GALEX hagi estat capaç de trobar aquest objecte realment feble que no estàvem buscant però que resulta ser una cosa realment interessant per als astrònoms", va dir Seibert. "Simplement reitera que quan es mira l'univers en una nova longitud d'ona o d'una nova manera, es troben coses que mai no es van imaginar".

El JPL, una divisió de Caltech, va gestionar la missió GALEX per a la Direcció de Missions Científiques de la NASA. La missió va ser desenvolupada pel Centre de Vol Espacial Goddard de la NASA a Greenbelt, Maryland, en el marc del Programa d'Exploradors. El JPL també va dirigir les missions Spitzer i WISE, i gestiona la missió NEOWISE. Per a més informació sobre la missió GALEX, feu un clic aquí. Lloc web NASA de la missió fent un clic aquí.

Per ampliar la informació sobre GALEX, podeu fer un clic aquí, i també aquí.

Ho he vist aquí.

L'estira i arronsa de les mega flamarades estel·lars

Aquestes dues imatges contenen alguns dels milers d'estrelles d'un nou estudi realitzat per l'Observatori de Raigs X Chandra de la NASA, com s'informa al seu darrer comunicat de premsa (NdT; referit al juny del 2021). Es tracta del major estudi de formació estel·lar mai realitzat en raigs X, que abasta unes 24.000 estrelles individuals a 40 regions diferents. L'estudi destaca la relació entre les potents erupcions de les estrelles joves i l'impacte que podrien tenir als planetes que orbiten al seu voltant.

Dins aquest ampli conjunt de dades, els científics van identificar més de mil estrelles joves que van emetre flamarades molt més energètiques que la flamarada més potent mai observada pels astrònoms moderns al Sol, "l'Event Solar Carrington" de 1859. Les "súper" flamarades són almenys cent mil vegades més energètiques que la Fulguració solar Carrington i les "mega" flamarades fins a 10 milions de vegades més energètiques.

La nebulosa de la Llacuna (esquerra) és una zona situada a uns 4.400 anys llum de la Terra a la Via Làctia on s'estan formant estrelles activament. Aquest camp de visió mostra la part sud d'una gran bombolla de gas hidrogen, a més d´un cúmul d´estrelles joves. Les dades de Chandra (porpra) s'han combinat amb les dades infraroges (blau, daurat i blanc) del telescopi espacial Spitzer en aquesta imatge composta.

Clic per engrandir: Mega flamarades. Crèdit imatge Raigs X: NASA/CXC/Penn State/K.
Getman, et al; Imatge a l'Infraroig: NASA/JPL/Spitzer

Una seqüència d'imatges de raigs X del Chandra mostra una jove estrella (anomenada "Lagoon 180402.88-242140.0") a la nebulosa de la Llacuna que va experimentar una "mega flamarada". Aquesta flamarada va ser unes 250.000 vegades més energètica que la més potent observada pels astrònoms moderns al Sol, i va durar unes tres hores i mitja. El va seguir una flamarada més petita. La durada total de la pel·lícula abasta gairebé 23 hores i s'hi inclouen 27 imatges. Aquesta estrella només té uns 1,5 milions d'anys -en comparació amb l'edat del Sol, que és de 4.500 milions d'anys- i té una massa aproximadament tres vegades superior a la del Sol. (Nota: els canvis aparents de la forma de la font de raigs X es deuen al soroll i no a un veritable canvi de forma).

La imatge de la dreta mostra la regió de formació estel·lar anomenada RCW 120, que també és a la Via Làctia, però lleugerament més lluny, a una distància d'uns 5.500 anys llum. Aquesta vista de RCW 120, que té les mateixes longituds d'ona i els colors que el compost de la Llacuna, conté una bombolla de gas hidrogen en expansió, d'uns 13 anys llum de diàmetre. Aquesta estructura pot estar escombrant material en una closca densa i desencadenant la formació d'estrelles. 

Les potents flamarades observades per Chandra en aquesta investigació es produeixen a totes les regions de formació estel·lar i entre estrelles joves de totes les masses, incloses les similars al Sol. Els científics van registrar les flamarades en totes les diferents etapes de l'evolució de les estrelles joves, des de les primeres, quan l'estrella està fortament incrustada en pols i gas i envoltada per un gran disc de formació de planetes, fins a les darreres, quan els planetes s'haurien format i els discos han desaparegut. L'equip va descobrir que cada estrella jove de menys de 5 milions d'anys produeix diverses super flamarades a la setmana, de mitjana a tota la mostra, i unes dues mega flamarades a l'any.

Clic per engrandir. Imatge artística del telescopi de Raigs X Chandra. Crèdit: NASA

Durant les dues darreres dècades, els científics han argumentat que aquestes flamarades gegants poden ajudar a "crear" planetes a les estrelles encara en formació en allunyar el gas dels discs de material que les envolten. Això pot desencadenar la formació de còdols i un altre material rocós petit que és un pas crucial per a la formació de planetes. D'altra banda, aquestes erupcions poden "eliminar" planetes que ja s'han format, fent esclatar les seves atmosferes amb una poderosa radiació, cosa que possiblement provoqui la seva completa evaporació i destrucció en menys de 5 milions d'anys.

Aquest treball es va presentar a la reunió de la American Astronomical Society i es descriu en un article dirigit per Getman que va ser acceptat per a la seva publicació a The Astrophysical Journal, i està disponible aquí. El Centre de Vol Espacial Marshall de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centre de Raigs X Chandra de l'Observatori Astrofísic Smithsonià controla la ciència des de Cambridge, Massachusetts, i les operacions de vol des de Burlington, Massachusetts.

Llegiu més sobre l'Observatori de raigs X Chandra de la NASA fent un clic aquí.

Per veure més imatges de Chandra, multimèdia i materials relacionats, feu un altre clic aquí.

Ho he vist aquí.