4
ENTRE GALÀXIES
Quan es fa un càlcul dels components còsmics, les galàxies són el que se sol comptar. Les últimes estimacions mostren que l’univers observable en podria contenir uns cent mil milions. Brillants, boniques i plenes d’estrelles, les galàxies decoren els buits foscos de l’espai com ciutats arreu d’un país a la nit. Però, com està de buit el buit de l’espai? (Com està de buit l’espai entre ciutats?). Malgrat que tenim les galàxies aquí mateix, i malgrat que sembli que res més no importa, l’univers podria contenir coses difícils de detectar entre galàxies. Potser aquestes coses són més interessants o més importants per a l’evolució de l’univers que les galàxies mateixes.
La nostra pròpia galàxia en espiral, la Via Làctia, rep aquest nom per la seva aparença a ull nu de llet vessada a través del cel nocturn de la Terra. De fet, la mateixa paraula galàxia prové del terme grec galaxías, ‘lacti’. Les nostres dues galàxies veïnes més properes, a 600 mil anys llum de distància, són petites i de forma irregular. Fernão Magalhães va identificar aquests objectes còsmics i en va deixar constància al diari de bord durant el seu famós viatge al voltant del món el 1519. En honor seu, les anomenem el Gran Núvol de Magalhães i el Petit Núvol de Magalhães, i són visibles principalment des de l’hemisferi sud com un parell de taques nebuloses al cel, situades darrere les estrelles. La galàxia més propera i més gran que la nostra està a dos milions d’anys llum de distància, més enllà de les estrelles que formen la constel·lació d’Andròmeda. Aquesta galàxia en forma d’espiral, la galàxia d’Andròmeda, històricament anomenada la Gran Nebulosa d’Andròmeda, és una mena de germana bessona més gran i més lluminosa que la Via Làctia. Fixa’t que el nom de cadascun dels sistemes no inclou cap referència a l’existència d’estrelles: Via Làctia, Núvols de Magalhães, Nebulosa d’Andròmeda. Tots tres van ser batejats abans que existissin els telescopis, de manera que encara no s’havien determinat els seus components estel·lars.
Tal com es detalla en el capítol 9, sense l’ajuda dels telescopis que funcionen en múltiples bandes de llum potser encara diríem que l’espai entre galàxies està buit. Amb l’ajuda dels detectors moderns, i de les teories modernes, hem explorat el nostre paisatge còsmic i hem revelat tota mena de coses difícils de detectar: galàxies nanes, estrelles fugitives, estrelles fugitives que exploten, gas emissor de raigs X a un milió de graus, matèria fosca, galàxies blaves, núvols de gas ubics, partícules carregades d’elevada energia i la misteriosa energia del buit quàntic. Amb una llista com aquesta, qualsevol podria pensar que tota la diversió de l’univers té lloc entremig de les galàxies, i no pas a dins.
En qualsevol volum de l’espai meticulosament inspeccionat, les galàxies nanes superen en nombre les galàxies grans en una proporció de deu per una. El primer assaig que vaig escriure sobre l’univers, a principis de la dècada de 1980, es titulava «La Galàxia i els Set Nans», en referència a la diminuta família veïna de la Via Làctia. Des de llavors, el recompte de galàxies nanes properes s’ha fet a dotzenes. Mentre que les galàxies genuïnes contenen centenars de milers de milions d’estrelles, les galàxies nanes en tenen tan sols prop d’un milió, de manera que les fa molt més difícils de detectar. No és gens estrany que encara se n’estiguin descobrint ara.
Les imatges de galàxies nanes que ja no fabriquen estrelles solen tenir l’aspecte de taques diminutes i insulses. Les galàxies nanes que creen estrelles tenen formes irregulars i, sincerament, són un grup força lamentable. Hi ha tres aspectes que dificulten la detecció de les galàxies nanes: són petites, i per tant fàcilment passen per alt quan les atractives galàxies en espiral et criden l’atenció. Són fosques, i per tant passen desapercebudes en moltes inspeccions de galàxies, que són descartades a partir d’un nivell de brillantor específic. I tenen una baixa densitat d’estrelles, de manera que ofereixen poc contrast sobre la resplendor de la llum que envolta l’atmosfera nocturna de la Terra i d’altres fonts. Tot això és veritat. Però com que les galàxies nanes són més nombroses que les «normals», potser la nostra definició del que és normal necessita una revisió.
Trobaràs la majoria de galàxies nanes (conegudes) a prop de les galàxies més grans, orbitant al seu voltant com satèl·lits. Els dos Núvols de Magalhães formen part de la família nana de la Via Làctia. Però la vida de les galàxies satèl·lit pot ser bastant perillosa. La majoria de models per ordinador que reprodueixen les seves òrbites mostren un lent deteriorament que al final acaba amb la destrucció de les malaurades galàxies nanes, que desapareixen engolides per la galàxia principal. La Via Làctia ha perpetrat almenys un acte de canibalisme els últims mil milions d’anys, quan va engolir una galàxia nana les restes de la qual es poden veure com un corrent d’estrelles que orbiten al voltant del centre galàctic, més enllà de les estrelles de la constel·lació de Sagitari. El sistema s’anomena Nan de Sagitari, però es podria haver anomenat Sopar Deliciós.
En l’entorn de gran densitat dels cúmuls, dues o més galàxies grans xoquen rutinàriament i deixen al seu pas un desastre titànic: estructures en espiral deformades i irreconeixibles, explosions induïdes de les regions de formació estel·lar generades per la violenta col·lisió de núvols de gas i centenars de milions d’estrelles escampades per aquí i per allà després d’escapar-se de la gravetat de les dues galàxies. Algunes estrelles s’uneixen formant taques que es podrien anomenar galàxies nanes. Altres estrelles queden a la deriva. Aproximadament, un deu per cent de les grans galàxies mostra l’evidència d’una important topada gravitacional amb una altra gran galàxia —i aquesta xifra pot ser cinc vegades més gran entre les galàxies en cúmuls.
Amb tot aquest caos, quina quantitat de restes galàctiques penetra l’espai intergalàctic, especialment en els cúmuls? Ningú no ho sap segur. Mesurar-ho és difícil perquè les estrelles aïllades són massa tènues per poder-les detectar de manera individual. Ens hem de basar en la tènue resplendor que produeix la llum de totes les estrelles juntes. De fet, les observacions de cúmuls detecten només una lleu resplendor entre les galàxies, fet que suggereix que podria haver-hi tantes estrelles solitàries com estrelles hi ha a dins de les pròpies galàxies.
Per afegir una mica de llenya al tema, hem trobat (sense buscar-les) més d’una dotzena de supernoves que van explotar molt lluny del que suposem que eren les seves galàxies «amfitriones». En les galàxies normals, per cada estrella que explota d’aquesta manera, entre cent mil i un milió no ho fan, de manera que els casos aïllats d’aquestes supernoves poden revelar poblacions senceres d’estrelles no detectades. Les supernoves són estrelles que han esclatat a bocins i, en el procés, han augmentat temporalment (durant unes quantes setmanes) la seva lluminositat mil milions de vegades, de manera que són visibles per tot l’univers. Mentre que una dotzena de supernoves és un nombre relativament petit, potser n’hi ha moltes més per descobrir, ja que en la majoria de cerques de supernoves s’examinen sistemàticament les galàxies conegudes, i no l’espai buit.
Hi ha altres coses en els cúmuls a part de les seves galàxies integrants i les seves estrelles capritxoses. Uns càlculs fets amb telescopis sensibles als raigs X revelen un gas intercúmul que omple l’espai a desenes de milions de graus. El gas està tan calent que brilla intensament en la part de raigs X de l’espectre. El mateix moviment de les galàxies riques en gasos a través d’aquest mitjà al final les desproveeix del seu propi gas, obligant-les a perdre la seva capacitat de formar noves estrelles. Això podria ser una explicació. Però quan calcules la massa total present en aquest gas calent, en la majoria de cúmuls supera deu vegades la massa de totes les galàxies del cúmul. Pitjor encara, els cúmuls estan envaïts de matèria fosca, que resulta que conté fins a deu vegades més de massa que tota la resta. Dit d’una altra manera, si els telescopis observessin la massa en comptes de la llum, les nostres preuades galàxies en cúmuls serien com un punt insignificant enmig d’una taca esfèrica gegant de forces gravitacionals.
A la resta de l’espai, fora dels cúmuls, hi ha una població de galàxies que es va desenvolupar fa molt de temps. Tal com ja hem dit, mirar el cosmos és el mateix que per a un geòleg observar els estrats sedimentaris, amb tota la història de la formació de les roques a plena vista. Les distàncies còsmiques són tan vastes, que el temps que triga la llum a arribar fins a nosaltres pot ser de milions o fins i tot milers de milions d’anys. Quan l’univers tenia la meitat de la seva edat actual, es van desenvolupar una espècie de galàxies de mida mitjana molt blaves i molt tènues. Les veiem. Ens saluden des de fa molt de temps, representant galàxies molt i molt llunyanes. El seu color blau prové de la resplendor d’estrelles acabades de formar, de curta durada, de massa elevada, de temperatura molt alta i de gran lluminositat. Les galàxies són tènues no només perquè estan a molta distància, sinó perquè la població d’estrelles lluminoses del seu interior era escassa. Igual que els dinosaures que van aparèixer i desaparèixer, i que van deixar els ocells com els seus únics descendents moderns, les galàxies blaves tènues ja no existeixen, però probablement tenen un homòleg en l’univers actual. Es van consumir totes les estrelles? S’han convertit en cossos invisibles escampats per tot l’univers? Van evolucionar fins a convertir-se en les conegudes galàxies nanes actuals? O van ser engolides per galàxies més grans? No ho sabem, però la seva existència en la cronologia de la història còsmica és certa.
Amb tot aquest material entremig de les grans galàxies, es podria suposar que alguna part ens obstrueix la visió del que hi ha més enllà. Això podria ser un problema per a la majoria d’objectes més distants en l’univers, com els quàsars. Els quàsars són nuclis de galàxies superlluminoses la llum dels quals ha viatjat durant milers de milions d’anys per l’univers abans d’arribar als nostres telescopis. Com a fonts de llum extremament llunyanes, són els conillets d’Índies perfectes per detectar restes interferents.
Si se separa la llum del quàsar en els seus colors integrants, mostrant un espectre, s’observa que està plagat de la presència absorbent de núvols de gas interferents. Tots els quàsars coneguts, independentment del lloc del cel on s’hagin observat, mostren atributs de dotzenes de núvols d’hidrogen aïllats escampats en el temps i en l’espai. Aquest tipus únic d’objecte intergalàctic va ser identificat per primera vegada a la dècada de 1980, i continua sent un camp actiu de la investigació astrofísica. D’on venen? Quina massa contenen?
Tots els quàsars coneguts mostren aquests atributs d’hidrogen, de manera que podem arribar a la conclusió que els núvols d’hidrogen són a tot arreu de l’univers. I, evidentment, com més llunyà està el quàsar, més núvols hi ha a l’espectre. Alguns dels núvols d’hidrogen (menys de l’u per cent) són simplement la conseqüència de la nostra línia de visió que passa a través del gas que conté una espiral ordinària o una galàxia irregular. És fàcil suposar que alguns quàsars segurament queden darrere de la llum de les galàxies ordinàries massa llunyanes per poder ser detectades. Però la resta dels absorbents són inconfusiblement un tipus d’objecte còsmic.
Mentrestant, la llum del quàsar passa sovint per regions de l’espai que contenen immenses fonts de gravetat, i que causen estralls en la imatge del quàsar. Aquestes regions sovint són difícils de detectar, ja que poden estar formades de matèria ordinària massa tènue i massa llunyana, o poden ser zones de matèria fosca, com ara la que ocupa els centres i les regions circumdants dels cúmuls de galàxies. En qualsevol cas, allà on hi ha massa hi ha gravetat. I allà on hi ha gravetat hi ha espai corbat, segons la teoria general de la relativitat d’Einstein. I allà on l’espai és corbat es pot imitar la curvatura d’una lent de vidre ordinària i alterar la trajectòria de la llum que hi passa. De fet, els quàsars i les galàxies senceres llunyanes han estat «alterades» per objectes que passen per la línia de visió dels telescopis de la Terra. Depenent de la massa de la lent i de la geometria de les alineacions de la línia de visió, l’efecte de la lent pot augmentar, distorsionar o fins i tot dividir la font de llum de fons en múltiples imatges, com en una casa de miralls d’un parc d’atraccions.
Un dels objectes més llunyans (coneguts) de l’univers no és un quàsar sinó una galàxia ordinària, la llum tènue de la qual s’ha augmentat de manera considerable per l’acció d’una lent gravitatòria interferent. Per tant, potser a partir d’ara haurem de confiar en aquests telescopis «intergalàctics» per observar allà on (i quan) els telescopis ordinaris no arriben, i revelar d’aquesta manera els futurs plusmarquistes de la distància còsmica.
A ningú li desagrada l’espai intergalàctic, però pot ser perillós per a la teva salut si decideixes anar-hi. Ignorem el fet que et quedaries glaçat de cop quan el teu cos intentés assolir un equilibri amb la temperatura de tres graus de l’univers. I ignorem el fet que les teves cèl·lules sanguínies esclatarien mentre t’ofeguessis per la falta de pressió atmosfèrica. Això són perills normals. Segons el departament d’esdeveniments exòtics, l’espai intergalàctic està regularment perforat per partícules subatòmiques molt carregades d’energia que es desplacen amb rapidesa. Les anomenem raigs còsmics. Les partícules amb una càrrega més elevada d’energia tenen cent milions de vegades l’energia que es pot generar en els acceleradors d’energia més grans del món. El seu origen continua sent un misteri, però la majoria d’aquestes partícules amb càrrega són protons, els nuclis dels àtoms d’hidrogen, i es mouen al 99,9999999999999999999 per cent de la velocitat de la llum. Curiosament, aquestes partícules subatòmiques contenen prou energia per colpejar una pilota de golf des de qualsevol lloc del camp fins al forat.
Potser un dels esdeveniments més exòtics entre (i enmig de) les galàxies en el buit de l’espai i del temps és l’oceà borbollejant de partícules virtuals: parelles de matèria i antimatèria indetectables que apareixen i desapareixen. Aquesta peculiar predicció de la física quàntica s’ha anomenat «energia del buit», la qual es manifesta com una pressió exterior, actuant en contra de la gravetat, que es desenvolupa en una total absència de matèria. És possible que l’acció d’aquesta energia del buit, amb la presència de l’energia fosca, impulsi l’acceleració de l’expansió de l’univers.
Sí, l’espai intergalàctic és, i sempre serà, allà on hi hagi l’acció.