Què són?
En astronomia, descobrim l’univers gràcies a la informació que ens porten diferents missatgers. Els quatre missatgers més importants amb què treballem són: la llum, en totes les seves formes (el que anomenem radiació electromagnètica), les partícules amb càrrega elèctrica, els neutrins i les ones gravitacionals. Només en el cas dels objectes celestes més propers (els del sistema solar) podem enviar sondes i naus robòtiques, com el ròver Perseverance a Mart o la sonda Cassini-Huygens a Saturn i el seu satèl·lit Tità. Per poder rebre informació d’objectes més llunyans a través dels missatgers còsmics, hem de fer servir diversos instruments.
A continuació us expliquem quina és la naturalesa de cada un d’aquests quatre missatgers còsmics i quins són els receptors que emprem per extreure’n informació i coneixement.
RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA
La radiació electromagnètica es pot pensar com un conjunt de partícules (i ones) sense massa, anomenades fotons, que viatgen a la velocitat de la llum. Els diferents tipus de radiació es defineixen en funció de l’energia dels fotons: les ones de ràdio tenen els fotons d’energia més baixa, mentre que els fotons amb més energia són els dels raigs gamma. L’espectre electromagnètic és el conjunt de tots els tipus de radiació electromagnètica.
Radiotelescopis
Les ones de menys energia són les ones de ràdio, que, per exemple, ens permeten veure la televisió, fer trucades amb telèfons mòbils i escoltar la ràdio. Per estudiar la radiació que emeten les regions fredes de l’univers, com els núvols foscos on es formen els estels o les galàxies llunyanes ocultes per la pols, s’empren uns telescopis anomenats radiotelescopis o antenes. Un exemple és la xarxa de radiotelescopis de l’Observatori ALMA al desert d’Atacama (Xile). Una tècnica especial utilitzada en radioastronomia és la interferometria, que consisteix a combinar les dades rebudes en moltes antenes separades les unes de les altres, com si fossin una única antena enorme. Aquesta tècnica és la que ha permès obtenir les primeres imatges de forats negres.
Telescopis d’infraroigs
Les ones infraroges tenen una mica més d’energia que les ones de ràdio, però menys que la llum visible. La radiació infraroja no es pot veure amb els ulls, però es pot notar perquè produeix escalfor. Per això, hi ha alguns termòmetres i càmeres de visió nocturna que funcionen amb radiació infraroja. L’atmosfera de la Terra bloqueja la radiació infraroja de menys energia i només la radiació infraroja més energètica pot travessar-la. Els telescopis d’infraroigs s’instal·len en observatoris situats en zones molt seques i a gran altitud per evitar al màxim el vapor d’aigua, que és el que absorbeix gran part de la radiació infraroja. Actualment, tenim telescopis d’infraroigs a l’espai, a bord de satèl·lits, com el telescopi espacial JWST i altres que aviat entraran en funcionament, com el telescopi Nancy Roman 
. D’aquesta manera, s’evita que l’atmosfera prengui part de la radiació, i s’obtenen imatges més nítides i es detecten objectes més tènues.
Telescopis òptics
La radiació visible és tota la llum que podem veure amb els ulls. Està formada per diferents colors: el vermell és el que té menys energia, i el lila, el que en té més. Aquesta llum travessa l’atmosfera, per això l’astronomia òptica és tan antiga com la humanitat. Molt a prop de casa tenim l’Observatori del Montsec, una infraestructura científica i tecnològica gestionada per l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). Allà hi ha instal·lat el telescopi robòtic més gran de Catalunya, que els professionals fan funcionar a distància per estudiar l’univers, com ara els exoplanetes i els fenòmens astronòmics transitoris. [Nadejda-Blagorodnova ]
També disposem de telescopis òptics enormes, com el Gran Telescopi Canàries (GTC o GRANTECAN), de 10 m de diàmetre, instal·lat a l’illa de La Palma.
Tot i això, els moviments de l’atmosfera (vent i turbulències) alteren la llum que arriba des de l’espai als telescopis terrestres, i creen imatges borroses. Per aquest motiu, també s’han posat telescopis a bord de satèl·lits per observar la llum visible. N’és un exemple la missió Gaia, fruit de col·laboracions arreu d’Europa, que durant deu anys ha estat fent observacions de més de dos mil milions de fonts celestes per crear el millor mapa possible de la Via Làctia. Les dades que ha recollit són crucials per estudiar l’origen i l’evolució de la nostra galàxia, milers d’asteroides del sistema solar i altres galàxies. Encara queda molt per descobrir!
Telescopis de llum ultraviolada
La llum ultraviolada (UV) és més energètica que la llum visible. La major part queda bloquejada per l’atmosfera terrestre, tot i que alguns raigs UV del Sol la travessen, i això fa que ens bronzegem i també provoca cremades a la pell. Els telescopis ultraviolats també han d’observar des de l’espai. Per exemple, el telescopi espacial Hubble, que pot observar tant en l’infraroig proper com en l’òptic i l’ultraviolat. Des que va ser llançat l’any 1990 ha proporcionat dades que han permès avançar en la comprensió de l’univers, des de la formació d’estels i planetes fins al descobriment de com són les galàxies més llunyanes.
Telescopis de raigs X
Els raigs X són tan energètics que els metges els utilitzen per veure l’interior del cos i els controls de seguretat dels aeroports els fan servir per veure a través de les bosses. Els professionals de l’astronomia analitzen els raigs X emesos per estels de neutrons, galàxies i explosions d’estels com les supernoves amb dades de telescopis espacials, ja que els raigs X tampoc travessen l’atmosfera terrestre (afortunadament per a la vida!). Gràcies a telescopis com el Chandra, es va obrir una nova finestra a l’univers, l’astronomia de raigs X. Per exemple, això va permetre detectar les emissions de l’estel de neutrons al centre de les restes de la supernova Cassiopea A o del forat negre supermassiu del centre de la galàxia (Sagitari A*).
Telescopis de raigs gamma
Els raigs gamma són la forma de llum de més alta energia. S’utilitzen per esterilitzar aliments i equips mèdics i per tractar algunes formes de càncer. En astronomia, es fan servir per estudiar els esdeveniments més energètics de l’univers, com explosions d’estels massius i xocs d’estels de neutrons i forats negres. Actualment, hi ha telescopis de raigs gamma a la Terra i a l’espai. Els telescopis terrestres no detecten els raigs gamma directament, ja que per sort mai arriben a la Terra, sinó que es detecten de manera indirecta. Quan travessen l’atmosfera, produeixen una pluja de partícules de molt alta energia que emeten una llum blavosa (radiació de Txerenkov), que és detectada pels telescopis òptics. Alguns exemples de telescopis de raigs gamma són els telescopis MAGIC i CTA, a l’illa de La Palma, i el telescopi Fermi, a l’espai.
PARTÍCULES AMB CÀRREGA ELÈCTRICA
Detectors de partícules solars
Tots sabem que el Sol és molt important perquè hi hagi vida a la Terra, i també que és l’estel més proper, i per això ens permet estudiar com són els estels, de què estan formats i com evolucionen. Les partícules que venen del Sol són molt petites i porten electricitat, com si fossin uns missatgers minúsculs. Viatgen per l’espai a gran velocitat, i hi ha diferents tipus de detectors per mesurar-les. El satèl·lit Solar Orbiter, un dels enginys tecnològics més capdavanters que hem desenvolupat, va ser llançat a l’espai l’any 2020 i està viatjant en una trajectòria que l’acosta molt al Sol, fent òrbites que cada cop hi són més properes. Durant el viatge, observa el Sol des de diferents angles, i analitza no només la llum que emet, sinó també totes les partícules carregades d’electricitat que viatgen amb el que anomenem vent solar. Quan impacten en l’atmosfera, aquestes partícules creen una resplendor al cel. Heu vist mai aurores boreals? No us les podeu perdre!
Detectors de raig còsmics
Els raigs còsmics, a diferència de la radiació electromagnètica, són partícules carregades i amb massa que es mouen per l’espai a velocitats properes a la de la llum. Majoritàriament, són protons (partícules molt petites que formen els nuclis dels àtoms juntament amb els neutrons), però també n’hi ha d’altres, com els electrons. Alguns raigs còsmics venen del Sol, altres es formen quan un estel molt gran explota al final de la seva vida en forma de supernova, i altres es creen a prop dels forats negres. No obstant això, encara hi ha raigs còsmics molt energètics que no sabem exactament d’on venen. Cada segon, molts raigs còsmics arriben a la Terra. Per sort, la Terra té un «escut invisible» que la protegeix. Aquest escut és el camp magnètic terrestre, que funciona com un paraigua gegant que desvia moltes d’aquestes partícules. Una manera comuna de detectar els raigs còsmics és analitzant la pluja de partícules que provoquen en interaccionar amb l’atmosfera terrestre, de forma similar a com es fa amb els raigs gamma.
NEUTRINS
Fins on avui dia coneixem, els neutrins són partícules fonamentals, és a dir, no es poden descompondre en partícules més petites. Es produeixen en reaccions nuclears, com les que tenen lloc als reactors nuclears, als nuclis dels estels (també al Sol) o en explosions de supernoves. No se sap exactament quina massa té un neutrí, però sí que és tremendament petita. Els neutrins superen en nombre tots els àtoms de l’univers, viatgen gairebé a la velocitat de la llum i en la majoria dels casos poden travessar la matèria sense interaccionar-hi. Aquesta característica fa que els neutrins siguin molt difícils de detectar.
Per estudiar-los, es fan servir instruments que s’allunyen molt del que entenem per un telescopi normal. Un d’ells és l’IceCube, un observatori per detectar senyals de neutrins que es troba a l’Antàrtida. Consisteix en una sèrie d’instruments enterrats en un quilòmetre cúbic de gel, que s’utilitza com un detector gegant. Tot i amb això, l’IceCube només detecta un neutrí cada sis minuts, és a dir, un de cada 500 bilions (un 5 seguit de catorze zeros) de neutrins que passen per l’observatori!
ONES GRAVITACIONALS
Les ones gravitacionals són ones invisibles que deformen l’espai i el temps. Podem imaginar que estiren i arronsen tot allò que travessen, però tan poc que només és possible detectar-ho amb instruments extremament precisos. De fet, fa més de cent anys que Einstein les va predir en la seva teoria general de la relativitat, però no va ser fins al 2015 que es van detectar directament per primera vegada. Un cas d’emissió d’ones gravitacionals és quan dos objectes compactes (per exemple, dos forats negres) es fusionen. La detecció de les ones gravitacionals ha obert una manera completament nova d’observar l’univers, i ha permès «escoltar» esdeveniments còsmics invisibles als telescopis tradicionals.
