Denominados Porfirión, en honor a un gigante mitológico griego, los chorros visualizados ahora por astrónomos estadounidenses de Caltech en un agujero negro, se extienden aproximadamente siete megapársecs; esto es, 23 millones de años-luz.
“Este par no tiene sólo el tamaño de un sistema solar o de una Vía Láctea; estamos hablando de un total de 140 diámetros de la Vía Láctea«, afirma Martijn Oei, investigador postdoctoral de Caltech y autor principal de este estudio que difunde Nature.
La megaestructura Porfirión data de una época en la que nuestro universo tenía 6.300 millones de años, o menos de la mitad de su edad actual de 13.800 millones de años. Estos feroces chorros de aire, con una potencia total equivalente a billones de soles, salen disparados desde arriba y desde abajo de un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia remota.
Antes de su descubrimiento, el sistema de chorros más grande confirmado era Alcioneo, también llamado así por un gigante de la mitología griega. Se descubrió en 2022 por el mismo equipo que encontró Porfirión. Abarca el equivalente a unas 100 Vías Lácteas. A modo de comparación, los conocidos chorros de Centaurus A, el sistema de chorros más cercano a la Tierra, abarcan 10 Vías Lácteas.
Ahora, este hallazgo sugiere que estos sistemas de chorros gigantes pudieron tener una influencia mayor en la formación de galaxias en el universo joven de lo que se creía anteriormente. Porfirión existió durante una época temprana en la que los filamentos tenues que conectan y alimentan las galaxias, conocidos como la red cósmica, estaban más juntos que ahora.
Eso significa que chorros enormes como Porfirión se extendían a través de una mayor porción de la red cósmica en comparación con los chorros del universo local.
Coevolución de galaxia y agujero negro
Como explica el profesor George Djorgovski, “los astrónomos creen que las galaxias y sus agujeros negros centrales coevolucionan, y un aspecto clave de esto es que los chorros pueden dispersar enormes cantidades de energía que afectan el crecimiento de sus galaxias anfitrionas y otras galaxias cercanas. Este descubrimiento demuestra que sus efectos pueden extenderse mucho más lejos de lo que pensábamos».
El sistema de chorros de Porfirión es el más grande descubierto hasta ahora durante un estudio del cielo, que ha revelado una cantidad sorprendente de megaestructuras débiles: más de 10.000. Esta enorme población de chorros gigantescos se descubrió utilizando el radiotelescopio europeo LOFAR (LOw Frequency ARray).
“Ya se conocían los chorros gigantes antes de que comenzáramos la campaña, pero no teníamos ni idea de que resultarían ser tantos”, reconoce el profesor Martin Hardcastle, de la Universidad británica de Hertfordshire y miembro de este equipo.
“Normalmente -añade-, cuando obtenemos una nueva capacidad de observación, como la combinación de LOFAR de un amplio campo de visión y una sensibilidad muy alta a las estructuras extendidas, encontramos algo nuevo, pero aun así fue muy emocionante ver surgir tantos de estos objetos».
En 2018, Martijn Oei y su equipo comenzaron a utilizar LOFAR para estudiar la red cósmica de filamentos tenues que atraviesa el espacio entre las galaxias. A medida que estos astrónomos inspeccionaban las imágenes de radio en busca de los filamentos tenues, comenzaron a notar varios sistemas de chorros sorprendentemente largos.
“Cuando descubrimos los chorros gigantes, nos quedamos bastante sorprendidos. No teníamos ni idea de que hubiera tantos”, subraya Oei. Para buscar sistemáticamente más chorros ocultos, el equipo inspeccionó las imágenes de radio a simple vista, utilizó herramientas de aprendizaje automático y solicitó la ayuda de científicos de todo el mundo para examinar las imágenes con más detalle.
Agujero negro en modo radiactivo
Para encontrar la galaxia de la que se originó Porfirión, el equipo utilizó el radiotelescopio gigante de ondas métricas (GMRT) en la India junto con datos complementarios del proyecto Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que opera desde el Observatorio Nacional Kitt Peak, en Arizona (EE UU). Las observaciones señalaron el origen de los chorros en una galaxia enorme, unas 10 veces más masiva que nuestra Vía Láctea.
Los astrónomos utilizaron el Observatorio WM Keck en Hawai para demostrar que Porfirión se encuentra a 7.500 millones de años luz de la Tierra. «Hasta ahora, estos sistemas de chorros gigantes parecían ser un fenómeno del universo reciente. Si chorros distantes como estos pueden alcanzar la escala de la red cósmica, entonces cada lugar del universo puede afectarse por la actividad de los agujeros negros en algún momento del tiempo cósmico”, subraya Oei.
Las observaciones de Keck también revelaron que Porfirión surgió de lo que se denomina un agujero negro activo en modo radiactivo, en contraposición a uno que se encuentra en un estado de modo chorro.
Cuando los agujeros negros supermasivos se activan (en otras palabras, cuando sus inmensas fuerzas de gravedad tiran y calientan el material circundante), se cree que emiten energía en forma de radiación o chorros.
Los agujeros negros en modo radiactivo eran más comunes en el universo joven o distante, mientras que los de modo chorro son más comunes en el universo actual.
El hecho de que Porfirión procediera de un agujero negro de modo radiactivo fue una sorpresa porque los astrónomos no sabían que este modo podía producir chorros tan grandes y poderosos. Es más, como Porfirión se encuentra en el universo distante donde abundan los agujeros negros de modo radiactivo, el hallazgo implica que puede que aún queden muchos más chorros colosales por descubrir.
Magnetismo de los chorros
Para los astrónomos todavía no está claro cómo los chorros pueden extenderse más allá de sus galaxias anfitrionas sin desestabilizarse. “El trabajo de Martijn Oei nos ha demostrado que no hay nada particularmente especial en los entornos de estas fuentes gigantes que haga que alcancen esos grandes tamaños”, matiza Hardcastle, experto en la física de los chorros de agujeros negros.
Su interpretación es que “necesitamos un evento de acreción inusualmente duradero y estable, alrededor del agujero negro supermasivo central, para permitir que esté activo durante tanto tiempo -alrededor de 1.000 millones de años- y para garantizar que los chorros sigan apuntando en la misma dirección durante todo ese tiempo. Lo que estamos aprendiendo de la gran cantidad de gigantes es que esto debe ser un suceso relativamente común”.
Como próximo paso, Oei quiere entender mejor cómo estas megaestructuras influyen en su entorno. Los chorros difunden rayos cósmicos, calor, átomos pesados y campos magnéticos por todo el espacio entre galaxias. Este investigador está especialmente interesado en averiguar hasta qué punto los chorros gigantes difunden magnetismo.
“El magnetismo de nuestro planeta permite que la vida prospere, por lo que queremos entender cómo llegó a existir. Sabemos que el magnetismo impregna la red cósmica, luego se abre paso hacia las galaxias y las estrellas, y finalmente hacia los planetas, pero la pregunta es: ¿Dónde comienza? ¿Han difundido estos chorros gigantes magnetismo por todo el cosmos?”, reflexiona Oei.