Descubren enormes chorros equivalentes a 140 galaxias de la Vía Láctea saliendo de un agujero negro, según científicos
(CNN) – Los astrónomos han observado un par de chorros enormes que salen de un agujero negro supermasivo a 7.500 millones de años luz de la Tierra. La megaestructura tiene una longitud de 23 millones de años luz, lo que convierte a estos chorros en los más grandes jamás vistos, según una nueva investigación.
Los agujeros negros son vistos como los basureros del universo, que devoran casi todo lo que se acerca a ellos. Pero una fracción de material es expulsada antes de que caiga un objeto en él, formando un chorro a cada lado del agujero negro, dijo Martijn Oei, investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California y autor principal de un nuevo estudio que describe el descubrimiento.
Los hallazgos fueron publicados el 18 de septiembre en la revista Nature.
Los chorros de los agujeros negros pueden acelerar la radiación y las partículas hasta velocidades cercanas a la de la luz, lo que hace que brillen en longitudes de onda visibles para los radiotelescopios. Este brillo llamó la atención de los astrónomos responsables del nuevo estudio mientras observaban el cielo con el radiotelescopio europeo LOFAR (LOw Frequency ARray) en 2018.
Los chorros recién descritos tienen una potencia de salida equivalente a la de billones de soles y son tan enormes que los investigadores han apodado a la megaestructura Porfirión en honor a un gigante de la mitología griega.
El descubrimiento ha hecho que los astrónomos reconsideren su comprensión de cuán grandes pueden ser los chorros de los agujeros negros, así como también cómo estas características gigantes pueden afectar su entorno y la estructura del universo.
“Este par no tiene solo el tamaño de un sistema solar o de una Vía Láctea: estamos hablando de un total de 140 diámetros de la Vía Láctea”, dijo Oei. “La Vía Láctea sería un pequeño punto en estas dos llamaradas gigantes”.
Al principio, los investigadores buscaban algo más con LOFAR: los tenues filamentos de la red cósmica.
La red cósmica es la estructura a gran escala del universo, una red de materia que impregna todo el espacio entre las galaxias, explicó Oei.
Sin embargo, mientras buscaban escudriñar la red cósmica, el equipo descubrió grandes chorros provenientes de galaxias. En total, el equipo detectó 10.000 nuevos pares de chorros de agujeros negros. Un artículo que describe los pares ha sido aceptado para su publicación en otra revista, Astronomy & Astrophysics.
“Cuando encontramos por primera vez los chorros gigantes, nos quedamos bastante sorprendidos”, dijo Oei. “No teníamos idea de que había tantos”.
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en los centros de las grandes galaxias. Las observaciones del equipo pusieron de relieve que un número cada vez mayor de galaxias tienen chorros de agujeros negros que se extienden mucho más allá de sus límites, afirmó Oei.
Un investigador de un campo diferente, el coautor del estudio Aivin Gast, fue el primero en detectar el par de chorros más grande.
En ese momento, Gast era estudiante de arqueología clásica e historia antigua en la Universidad de Oxford, pero debido a la pandemia, su principal trabajo académico quedó en suspenso, por lo que se ofreció a ayudar a Oei con una inspección visual de las imágenes de radio capturadas por LOFAR.
“Después de encontrar Porfirión, ambos estábamos muy emocionados, y después de hablar de ello sentí la emoción de ver y descubrir juntos algo especial que nadie había apreciado antes”, dijo Oei por correo electrónico.
Una vez que el equipo confirmó la galaxia donde se originaron los chorros, “Aivin aprovechó su formación clásica y propuso darle al sistema el hermoso nombre ‘Porfirión’, que ahora lleva”, agregó Oei.
Antes de las observaciones de LOFAR, se pensaba que los grandes sistemas de chorros eran poco frecuentes y se esperaba que fueran de menor tamaño. Antes de que se detectara Porfirión, el mayor sistema de chorros de agujeros negros confirmado era Alcioneo.
El mismo equipo encontró Alcioneo, también llamado así por un gigante griego mítico, en 2022, y este sistema de chorro es equivalente a unas 100 galaxias de la Vía Láctea.
Se estima que la Vía Láctea tiene un diámetro de 100.000 años luz. Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año, o 9,46 billones de kilómetros.
Sin embargo, los autores del estudio adoptaron un enfoque más amplio y consideraron que la Vía Láctea tiene 163.078 años luz de diámetro para dar cuenta de todas las estrellas y la materia invisible dentro de la galaxia, dijo Oei.
Por lo tanto, decidieron que Porfirión equivale a 140 diámetros de la Vía Láctea.
Ahora, los autores dijeron que creen que podría ser posible encontrar chorros más grandes que Porfirión a medida que mejora la tecnología de los radiotelescopios.
Para descubrir más detalles sobre el origen de los chorros, el equipo realizó observaciones de seguimiento utilizando el radiotelescopio gigante de ondas metálicas en la India y el observatorio WM Keck en Hawái. Las observaciones apuntaron a una galaxia distante unas diez veces más grande que la Vía Láctea.
Los datos recopilados por el Observatorio Keck también revelaron que las estructuras provenían de un agujero negro activo en modo radiativo, en lugar del tipo conocido por producir chorros más grandes, lo que sorprendió a los investigadores.
A medida que los agujeros negros supermasivos se encienden, su atracción gravitatoria calienta el material circundante, que libera energía en forma de radiación o chorros. Los agujeros negros en modo radiativo son más comunes en el universo distante, mientras que los agujeros negros en modo chorro son más comunes en el universo cercano, según los investigadores.
“Nuestro estudio sugiere que los agujeros negros radiativamente activos podrían ser tan capaces de generar chorros gigantes como los agujeros negros activos en modo chorro en el universo cercano”, dijo Oei en un correo electrónico. “Descubrimos que los chorros gigantes pueden ser un fenómeno muy antiguo: ahora sabemos que han existido durante la mayor parte de la vida del universo. Nuestro sondeo LOFAR solo cubrió el 15 por ciento del cielo. Y la mayoría de estos chorros gigantes probablemente sean difíciles de detectar, por lo que creemos que hay muchos más de estos colosos por ahí”.
Comprender cuánto tiempo han existido los chorros gigantes de los agujeros negros a lo largo de los 13.800 millones de años del universo podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo han influido los chorros en su entorno.
Dos grandes interrogantes a los que se enfrentan los astrónomos son cómo se magnetizó el universo y cómo se formaron las estructuras a gran escala de la red cósmica entre las galaxias. Los chorros masivos de los agujeros negros podrían ayudar a responder ambas preguntas.
Si se mantienen durante millones de años, los potentes chorros de los agujeros negros pueden afectar el flujo de materia a través del espacio intergaláctico liberando partículas cargadas y campos magnéticos al espacio, dicen los autores del estudio.
“Siempre que los chorros alcanzan el espacio intergaláctico, creemos que tienen una fuerte influencia en el calentamiento del espacio entre las galaxias y en su magnetización”, dijo Oei. “Una de las conclusiones inesperadas de encontrar este sistema de chorros gigantes es que los chorros de los agujeros negros pueden alcanzar la escala de la red cósmica. Son tan grandes que pueden llegar, en principio, a todas partes”.
La investigación del equipo muestra que Porfirión era capaz de calentar su entorno en el espacio intergaláctico en aproximadamente un millón de grados.
“Si ese calentamiento ocurrió lo suficientemente temprano en el tiempo cósmico”, dijo Oei, “podría haber ralentizado la formación de galaxias, que requieren plasma o gas intergaláctico relativamente frío para colapsar y formarse”.
El equipo continúa investigando cómo los chorros de los agujeros negros pueden extenderse tanto más allá de su galaxia anfitriona sin volverse inestables.
“El trabajo de Martijn nos ha demostrado que no hay nada particularmente especial en los entornos de estas fuentes gigantes que las haga alcanzar tamaños tan grandes”, dijo el coautor del estudio Martin Hardcastle, profesor de astrofísica en la Universidad de Hertfordshire en Inglaterra, en un comunicado.
El estudio revela un descubrimiento emocionante, un “registro fósil” de la actividad de los agujeros negros supermasivos que puede mostrar cómo los chorros y el agujero negro han evolucionado a lo largo del tiempo, dijo Sasha Tchekhovskoy, profesora asociada del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Northwestern.
“La notable longevidad de los chorros también puede ayudarnos a probar los modelos físicos de los chorros, en particular su estabilidad ante las bajas probabilidades de abrirse camino con éxito a través (del espacio intergaláctico)”, dijo Tchekhovskoy, que no participó en el nuevo estudio.
Porfirión también podría haber magnetizado su entorno local, y Oei quiere entender cómo los chorros masivos pudieron propagar el magnetismo a través de la red cósmica. El origen del magnetismo es clave porque los campos magnéticos, como el que rodea a la Tierra, pueden proteger y blindar una atmósfera que sustente la vida.
“El magnetismo de nuestro planeta permite que la vida prospere, por lo que queremos entender cómo se originó”, dijo Oei. “Sabemos que el magnetismo permea la red cósmica, luego se abre camino hacia las galaxias y las estrellas, y finalmente hacia los planetas, pero la pregunta es: ¿dónde comienza? ¿Estos chorros gigantes han esparcido el magnetismo por todo el cosmos?”