Descubren chorros enormes que salen de un agujero que equivalen a 140 galaxias como la Vía Láctea, según los científicos
Luis Ernesto Quintana Barney
(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 se extiende por 23 millones de años luz de longitud, lo que convierte a estos chorros de agujero negro 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, 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 agujero negro pueden acelerar la radiación y las partículas a una velocidad cercana a la de la luz, lo que hace que brillen en longitudes de onda visibles para los radiotelescopios. Un brillo de este tipo atrajo la atención de los astrónomos responsables del nuevo estudio mientras observaban el cielo con el radiotelescopio europeo LOFAR (LOw Frequency ARray en inglés) 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 de cómo estas características gigantes pueden afectar su entorno y la estructura del universo.
“Este par no es solo del tamaño de un sistema solar o de una Vía Láctea; estamos hablando de 140 diámetros de la Vía Láctea en total”, dijo Oei. “La Vía Láctea sería un pequeño punto en estas dos erupciones gigantes”.
El radiotelescopio europeo LOFAR, o LOw Frequency ARray, permitió a los astrónomos detectar el resplandor del par de chorros gigantes del agujero negro. Crédito: ASTRON
En busca de la red cósmica
Los investigadores buscaban inicialmente algo más con el LOFAR: los filamentos tenues 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 buscaba observar la red cósmica, el equipo descubrió grandes chorros provenientes de las galaxias. En total, el equipo detectó 10.000 nuevos pares de chorros de agujeros negros. Un artículo que describe los pares fue aceptado para su publicación en otra revista, Astronomy & Astrophysics.
Esta animación muestra la red cósmica que proporciona estructura a nuestro universo. Colaboración de IllustrisTNG
“Cuando encontramos por primera vez los chorros gigantes, nos sorprendió bastante”, dijo Oei. “No teníamos idea de que hubiera tantos”.
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en los centros de las grandes galaxias. Las observaciones del equipo destacaron que un número cada vez mayor de galaxias tienen chorros de agujeros negros que llegan mucho más allá de sus fronteras, indicó Oei.
Un investigador de un campo diferente, el coautor del estudio Aivin Gast, fue el primero en detectar el par de chorros más grandes.
En ese momento, Gast era un estudiante universitario que estudiaba 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 el LOFAR.
“Después de encontrar Porfirión, ambos estábamos muy emocionados, y después de hablarlo sentí la emoción de ver y codescubrir algo especial que nadie había apreciado antes”, comentó 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 del LOFAR, se pensaba que los grandes sistemas de chorros eran raros y se esperaba que fueran de menor tamaño. Antes de que se detectara Porfirión, el sistema de chorro de agujero negro más grande confirmado era Alcioneo.
Antes del descubrimiento de Porfirión, el sistema de chorro más grande conocido era Alcioneo, que se muestra en esta imagen tomada por LOFAR en 2022. Colaboración LOFAR/WISE/NASA/JPL-Caltech/Martijn Oei
El mismo equipo encontró Alcioneo, también llamado así por un gigante griego mítico, en 2022, y este sistema de chorros equivale 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, es decir, 9,46 billones de kilómetros.
No obstante, los autores del estudio adoptaron un enfoque más amplio y consideraron que la Vía Láctea tiene un diámetro de 163.078 años luz para dar cuenta de todas las estrellas y la materia invisible dentro de la galaxia, según Oei.
Por lo tanto, decidieron que Porfirión es equivalente a 140 diámetros de la Vía Láctea.
Ahora, los autores dijeron que creen que es posible encontrar chorros más grandes que Porfirión a medida que mejora la tecnología de los radiotelescopios.
Una ilustración de los chorros del agujero negro de Porfirión se compara con un recuadro que muestra la Vía Láctea. CNN/Caltech/NASA
Rastrear un origen galáctico
Para descubrir más detalles sobre el origen de los chorros, el equipo realizó observaciones de seguimiento utilizando el Telescopio de Radio Gigante de Ondas Metálicas en la India y el Observatorio W. M. Keck en Hawai. Las observaciones apuntaron a una galaxia distante unas 10 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 activan, su fuerza gravitacional 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.
Las rayas centrales de esta imagen, tomada por LOFAR, revelan la longitud extrema de los chorros. Colaboración LOFAR/Martijn Oei/Caltech
“Nuestro estudio sugiere que los agujeros negros activos en modo radiativo 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 estudio con el LOFAR sólo cubrió el 15 por ciento del cielo. Y la mayoría de estos chorros gigantes son probablemente 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 durante los 13.800 millones de años del universo podría ayudar a los astrónomos a descubrir cómo han influido los chorros en su entorno.
Dos grandes preguntas a las que se enfrentan los astrónomos son cómo se magnetizó el universo y cómo se formaron las estructuras a gran escala de la red cósmica que se encuentran entre las galaxias. Los chorros descomunales de los agujeros negros podrían ayudar a responder ambas.
Si se mantienen durante millones de años, los potentes chorros de los agujeros negros pueden afectar al flujo de materia a través del espacio intergaláctico liberando partículas cargadas y campos magnéticos a través del espacio, según los autores del estudio.
“Siempre que los chorros alcanzan el espacio intergaláctico, creemos que tienen una gran influencia en el calentamiento del espacio entre las galaxias y en su magnetización”, afirmó 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 fue capaz de calentar sus alrededores en el espacio intergaláctico en aproximadamente un millón de grados.
“Si ese calentamiento se produjo lo suficientemente temprano en el tiempo cósmico”, dijo Oei, “puede haber ralentizado la formación de galaxias, que requieren plasma o gas intergaláctico relativamente frío para colapsar y formarse”.
La ilustración de un artista muestra la escala de Porfirión a medida que sus chorros se extienden a través del espacio intergaláctico. E. Wernquist/D. Nelson/M. Oei
Una nueva búsqueda de respuestas cósmicas
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 esos grandes tamaños”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Martin Hardcastle, profesor de astrofísica en la Universidad de Hertfordshire en Inglaterra.
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 con el tiempo, comentó Sasha Tchekhovskoy, profesora asociada en el departamento de física y astronomía de la Universidad Northwestern.
Martijn Oei (en la foto), autor principal del nuevo estudio, y sus colegas continuarán su búsqueda de chorros masivos de agujeros negros. Caltech
“La notable longevidad de los chorros también puede ayudarnos a probar los modelos físicos de los chorros, en particular su estabilidad frente a las bajas probabilidades de perforar con éxito su camino a través del (espacio intergaláctico)”, dijo Tchekhovskoy, que no participó en el nuevo estudio.
Porfirión también puede haber magnetizado su entorno local, y Oei quiere entender cómo los chorros masivos podrían 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 escudar una atmósfera que sustente la vida.
“El magnetismo de nuestro planeta permite que la vida prospere, por lo que queremos entender cómo se originó”, afirmó Oei. “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 propagado estos chorros gigantes el magnetismo por el cosmos?”.
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