Forjari kosmikoa: piano bat, katastrofe ultramorea eta Aresti

Forjari eta astronomo baten lanak konparatuko bagenitu, hain desberdinak ez direla esan ahalko genuke. Tailerretan gertatzen denak Eguzkiaren atzean gertatzen den beste fisika  du: indarrak, beroa, marruskadurak, bibrazioak, magnetismoa, soinua, energia… eta askotan urrun dauden bi mundu moduan ikusten ditugu, eta badute komunean gauza nahikotxo.

Adibidez, Eibarko tailer bateko behargin ohi batek ez du metal baten tenperatura jakiteko termometrorik behar, astronomo batek Eguzkiaren tenperatura neurtzeko behar ez duen moduan. Lehenengo kasuan, tenple, soldadura, urtze edota forjaketa moduko prozesuak kontrolatzeko tenperatura jakitea ezinbesteko da, eta, bigarrenean, fusio nuklearren erreakzioak, izarraren eboluzioa edota argia nondik datorren jakiteko. 

Beharginaren artisau-jakinduria horren atzean, astrofisikari baten fisika berdina erabiltzen da, eta hor dago bi munduen arteko lotura. Funtsean, hizkuntza berri bat dute komunean: suaren hizkuntza.

Kolorea eta tenperatura

Inguratzen gaituen objektu orok argia igortzen du: kafe-tazak, jantzita daramazun kamisetak, atzamarrean daramazun eraztunak eta baita zuk zeuk ere. Hala ere, argi hori gure begiendako ikusezina da askotan, baina hor dago. Kontua da, giro tenperaturan, objektuek energia baxuko argia emititzen dutela, hau da, gure begiak sentsibleak ez diren argia bidaltzen dute; eta argi horri, argi infragorri deritzo. Neguan topera jartzen den estufaren kasuan moduan, estufak argi infragorria bidaltzen du gela osora eta gure azaleko molekulak mugiarazten ditu, eta horrek berotzen gaitu. Baina gure begiek ezin dute argi hori ikusi.

Hala ere, pentsa barbakoa bateko brasan. Hasieran, berotzen hasten garenean, ez dugu kolorerik ikusten, baina momentu batean hasieran ez zituen koloreetan disdiratzen hasten da, eta gai gara begibistaz antzematzeko. Zenbat eta gehiago berotu, orduan eta kolore aldaketa nabariagoa: hasieran gorri iluna, gero laranja, geroago zuria eta, asko berotuz gero, urdinagoa den argi bat.

1.irudia. Erradiazio termikoaren espektrua: objektu batek zenbat argi igortzen duen kolore (uhin-luzera) bakoitzean, objektuaren tenperaturaren arabera. 380 nm-tik behera argi ultramorea dago (ikusezina), 380-780 nm arteko uhin-luzeratan gure begiak sentsibleak diren tartea (argi ikusgaia) eta 780 nm gora argi infragorria (ikusezina).

Objektu denek, tenperatura zehatz bat izanagatik, energia igortzen dute espektro oso zabal batean, hau da, argia emititzen dute kolore guztietan (ikus 1. irudiko marra beltzak): argi infragorritik (energia baxuko argi ikusezina) argi ultramoreetara (energia altuko argi ikusezina), eta honi deritzogu erradiazio termikoa. 

Espektro horren abantailetako bat erdibidean gure begiek antzeman dezaketen espektroa aurkitzen dela da, espektro ikusgaia, alegia. Orduan, gai gara energia baxuetatik altuetara doan objektu baten erdibideko aldaketa begibistaz antzemateko. Izan ere, kolore gorrixketatik (tenperatura baxua) kolore urdinetara (tenperatura altua) pasatzean, gure begiak funtzionatzen hasten dira eta kolore aldaketa nabaritzen da.

Modu bisualena piano batean pentsatzean da: notarik grabeenak tenperatura baxuenekoak dira, gorriak, energia gutxienekoak; eta, notarik agudoenak, tenperatura altuenak dira, urdinenak. Material bat berotzen hastean nota grabeak jotzen hasten da, baina gehiago berotu ahala grabe eta agudoen arteko notak entzuten hasten gara, gure belarriek hobeto antzematen dituztenak. Argiarekin berdintsu, begiak hobeto ikusten ditu erdibideko koloreak.

Horrela, lehengo lantegietan arotzek bazekiten tenperaturaren arabera ‘gorri gerezi (edo gorri ilun)’, ‘gorri bizi’ eta ‘tenple-zurixka’ koloreak bereizten , baina ez zekiten erradiazio termikoaren espektroa neurtzen zebiltzala. 

Baina, forjarien lan horrek mezu argi bat bidaltzen digu: zerbaiten tenperatura neurtzeko kolorea begiratzearekin nahikoa da. Hala ere, XIX. mendeko fisikarientzat sekulako buruhaustea bilakatu zen: Zergatik aldatzen da kolorea beroaren arabera? Nolatan banatu objektu baten argiaren distribuzioa kolore guztien artean?

Horrela, beroak kolorea zuen ideiak, iraultza zientifiko baten txinparta piztu zuen: fisika kuantikoaren sorrera.

Planck eta kuantikaren sorrera

Mendeetan arotzek suaren hizkuntza ulertzen zutela uste zuten, galdera asko egin gabe, baina fisikariak goian plazaratutako galderak egiten hasi ziren. Hala ere, garaiko ekuazioak gai ziren zehazteko tenperatura baxuetan zenbat argi igortzen zuen objektu batek, baina tenperatura altuagoetan ezin zen argi kantitate hori neurtu.

Zer zioen bada garaiko Fisikak? Gero eta urdinagoa (beroagoa, alegia) izan objektu bat, orduan eta energia gehiago emititzen du, limiterik gabe, inifitura. Hala ere, horrek absurdu batera eramaten zuen, natura ez baitzen horrela konportatzen: bonbila, izar edota metal berotu batek disdira limite bat zuten, forma leunago eta orekatu batekin, 1. irudian ikusi ditugun espektroetan moduan. Absurdu horri katastrofe ultramore deitu zitzaion, Max Planck fisikari alemana agertu zen arte.

Planckek 1. irudiko espektru horiek nolabait azaldu nahi zituen eta argiaren koloreen distribuzioa nolabait ulertu. Horretarako garairako pentsaezina zen hipotesi bat plazaratu zuen: argia ez da fluxu konstante moduan helarazten, hau da, ez da erreka bat moduan jarraituki doan zerbait. Ondorioztatu zuen argia euri-tanten moduan igortzen diren paketeak zirela. Hau da, nahiz eta euria zerbait jarraitua iruditu, euri-tanta diskretuz osatzen da, baina hain doa bizkor, jarraitu gisa ikusten dugula.

Hori dela eta, argia banaezina zen pakete txikietan emititzen zela ondorioztatu zuen, kuantoetan, geroago fotoi moduan ezagutu zena. Eta hipotesi horrekin, objektu batek kolore guztietan igortzen zuen espektroa doitzea lortu zuen, tenperatura guztietarako eta oso modu zehatzean.

Gaur egun, espektro horiek azaltzen dituen Fisikari gorputz beltzaren erradiazioa deritzo, eta baliogaria da bonbila, Eguzki edota metal gori baten portaera definitzeko.

Ingudetik kosmosera

Izarrek ez dute soilik argitzen, baita forjatu ere.Haien barnean, beroak eta presioak atomoak kolpatzen dituzte, elkarri lotuz, elementu berriak sortzeko. Hidrogenoa helio bihurtzen da, helioa karbono, eta horrela, kolpez kolpe, burdina sortzen da, Eibarko forjariek beren ingudeetan tenplatzen zuten burdin bera. Baina, izar guztiek kolore bera dute?

2. irudia. Hertzsprung-Russell diagrama. Astronomoek izarrak haien distiraren eta gainazaleko tenperaturaren (kolorearen) arabera sailkatzeko erabiltzen duten grafikoa. Ezkerretik eskuinera, izarrak urdin eta beroenetatik (30.000 ºC) gorrien eta hotzenetara (3.000 ºC) doaz. Goian, izar erraldoiak eta supererraldoiak daude, oso distiratsuak; behean, berriz, izar txiki eta hotzak, hala nola izar nano zuriak. Erdiko “Main Sequence” edo sekuentzia nagusian gure Eguzkia bezalako izarrak aurkitzen dira, bizitzaren zatirik luzeenean energia sortzen ari direnak.

Izarren koloreek, burdinarenak moduan, bere tenperatura azaleratzen dute, eta izar bat noiz jaio, eboluzionatu eta hilko den kontatzen digute. Izar baten eboluzioa Hertzsprung-Russell diagrama moduan ezagutzen den mapak bateratzen du. Mapa horretan izarrek bere kolore eta disdiraren arabera hartzen dute tokia, eta horrela sailkatzen dira izarren momentu ebolutiboak (ikus 2. irudia). Eboluzio fase horietan aurkitzen dira erraldoi gorriak, nano zuriak eta izar supererraldoi urdinak, adibidez. Hala ere, diagrama horren azalpena eta izarren eboluzioaren inguruan sakonago eta zehatzago hitz egingo digu Milanek hurrengo asteko artikuluan.

Beraz, unibertsoa bera tailer handi bat dela esan genezake: materia urtu, hoztu, solidotu eta berriz pizten da, behin eta berriz, <<Dinbili, danba! gau eta goiza, su eta keen artean >> Arestiren Forjarien kantan moduan. 

Baina ez gara ohartzen horixe bera garela gu: izar baten heriotza bortitzetik irten zen materiaren arrastoa. Eta bitartean guk suari begira jarraitzen dugu liluratuta, gure jatorria han ezagutuko bagenu bezala.

3. irudia. Supernoba baten leherketa baten irudikapena. Supernobak masa handiko izarren bizitzaren amaieran gertatzen dira, haien nukleoak kolapsatzen direnean. Leherketa horretan energia eta materia kantitate izugarriak askatzen dira, eta unibertsoan elementu astunak sortzen dira, hala nola burdina eta urrea. Prozesu horrek izar eta planeta berrien sorrera elikatzen du.