Galaxia noastră ar fi doar un punct minuscul lângă cea mai mare pereche de fascicule de materie observate vreodată, spune Martijn Oei, cercetător postdoctoral la Caltech și autor principal al unui nou studiu Nature care raportează noile rezultate. Megastructura, numită Porphyryon după gigantul din mitologia greacă, datează dintr-o epocă în care universul avea 6,3 miliarde ani, mai puțin de jumătate din vârsta sa actuală de 13,8 miliarde (conform celor mai noi măsurători James Webb). Aceste fluxuri violente de materie - cu o putere totală echivalentă cu trilioane de explozii solare - sunt lansate de la polii unei găuri negre supergrele din inima unei galaxii îndepărtate.
Înainte de descoperirea Porphyrion, cea mai mare descoperire confirmată a unui sistem similar de jeturi a fost Alcyoneus, denumit tot după un gigant mitologic grec. Acesta a fost descoperit în 2022 de aceeași echipă care a descoperit acum Porphyrion și este de aproximativ 100 ori mai mic decât gigantul actual din Calea Lactee. Prin comparație, bine-cunoscutul sistem cu jet Centaurus A, cea mai apropiată astfel de structură de Pământ, este lung de "doar" 10 Căi Lactee.
Cea mai recentă descoperire susține teoria conform căreia aceste sisteme gigantice ar fi putut avea un impact mai mare asupra formării galaxiilor în Universul tânăr decât credeau anterior experții.
Porphyrion a existat într-o perioadă tânără a universului, când filamentele care conectau și alimentau galaxiile, cunoscute sub numele de pânza cosmică, erau mai dense decât sunt în prezent. Acest lucru înseamnă că jeturile gigantice precum Porphyrion acopereau o parte mai mare a rețelei cosmice.
"Astronomii cred că galaxiile și găurile lor negre centrale evoluează împreună, iar un aspect cheie al acestui lucru este că jeturile de materie pot răspândi cantități uriașe de energie, ceea ce are un impact asupra creșterii galaxiei lor gazdă și a altor galaxii din apropiere", spune George Djorgovski, profesor de astronomie și știința datelor la Caltech și coautor al studiului. "Această descoperire arată că efectele lor se pot extinde mult mai departe decât se credea anterior."
Megajeturi peste tot
Ejecția Porphyrion a fost descoperit în cadrul unui studiu care a dezvăluit un număr uluitor de megastructuri slabe similare, peste 10 000 în total. Această populație uriașă de fascicule gigantice a fost descoperită cu ajutorul radiotelescopului european LOFAR (LOw Frequency ARray). Deși erau cunoscute sute de sisteme similare înainte de observațiile LOFAR, se credea că acestea erau rare și în medie mai mici decât miile de sisteme descoperite recent.
"Știam despre jeturile gigantice înainte de începerea campaniei de observații, dar nu ne imaginam că vor fi atât de comune."
- spune Martin Hardcastle, al doilea autor al studiului și profesor de astrofizică la Universitatea Hertfordshire din Anglia. "De obicei, atunci când ai o nouă oportunitate de observare precum LOFAR, care combină un câmp vizual larg cu o sensibilitate foarte mare la structurile extinse, găsești tot timpul ceva nou, dar a fost totuși foarte surprinzător să vezi că apar atât de multe dintre aceste obiecte."
Oei și colegii săi au început să utilizeze LOFAR în 2018, dar au vrut să-l folosească pentru a studia rețeaua de filamente cosmice care se află în spațiul dintre galaxii, nu să studieze fasciculele de materie ale găurilor negre. Cu toate acestea, pe măsură ce echipa a examinat imaginile radio ale filamentelor cosmice slabe, a observat câteva fascicule filamentare extrem de lungi. "Când am văzut pentru prima dată aceste jeturi gigantice, am fost foarte surprinși", spune Oei. "Nu aveam nicio idee că ar putea fi atât de multe".
Pentru a căuta în mod sistematic mai multe fascicule ascunse de materie, echipa a scanat din nou înregistrările radio, folosind instrumente de învățare automată pentru a scana imaginile în căutarea unor structuri identificabile. O lucrare în revista Astronomy & Astrophysics va fi publicată în curând, raportând peste 8.000 perechi suplimentare de jeturi gigantice.
Fantome ale trecutului
Pentru a identifica galaxia din care provine Porphyrion, echipa de cercetători a folosit date de la Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) din India, și de la proiectul Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) de la Kitt Peak National Observatory din Arizona. Observațiile au indicat o galaxie de aproximativ zece ori mai masivă decât Calea noastră Lactee.
Echipa a folosit apoi Observatorul W. M. Keck din Hawaii pentru a confirma că Porphyrion se află la 7,5 miliarde de ani lumină de Pământ, ceea ce a fost o adevărată surpriză. "Până acum, aceste sisteme de acadele gigantice păreau a fi un fenomen tipic al universului recent", spune Oei. "Dacă astfel de jeturi îndepărtate pot atinge dimensiunea pânzei cosmice, înseamnă că activitatea găurilor negre ar fi putut afecta toată masa din univers în timpul evoluției sale.
Observațiile Keck au arătat și că Porphyrion s-a format într-o așa-numită gaură neagră activă radiantă , spre deosebire de o gaură neagră care emite jeturi. Atunci când găurile negre din supernove devin active - cu alte cuvinte, atunci când atracția lor gravitațională masivă încălzește materia din jur - se crede că acestea emit energie fie sub formă de radiații, sau sub formă de fascicule de materie. Găurile negre radiante erau mai frecvente în Universul tânăr, iar găurile negre emițătoare de jeturi sunt frecvente în Universul actual, sau cel puțin așa credeau experții.
Faptul că Porphyrion provine dintr-o gaură neagră radiantă a fost o surpriză pentru astronomi, care nu știau că acest tip de gaură neagră poate forma jeturi atât de mari și puternice.
Deoarece Porphyrion este localizat în Universul îndepărtat, unde găurile negre radiante sunt abundente, descoperirea înseamnă că ar putea fi găsite multe alte jeturi colosale. "S-ar putea să vedem doar vârful aisbergului", spune Oei. "Studiul LOFAR a acoperit doar 15% din cer. Iar majoritatea acestor jeturi gigantice sunt destul de greu de observat, așa că sunt șanse bune că se află și mai multe în restul universului vizibil".
Mistere multiplicative
Modul în care jeturile se pot răspândi atât de mult dincolo de galaxia gazdă fără să se destabilizeze este încă neclar. "Cercetările lui Martijn au arătat că nu există nimic special în mediul acestor jeturi care să le permită să atingă dimensiuni atât de mari", spune Hardcastle, care studiază fizica jeturilor găurilor negre. "Interpretarea mea este că este nevoie de un eveniment de acreție neobișnuit de longevivă și stabilă în jurul găurii negre centrale super-grea, pentru ca procesul să rămână activ pentru o perioadă atât de lungă - aproximativ un miliard de ani - și pentru ca jeturile să fie îndreptate permanent în aceeași direcție. Din numărul mare de structuri gigantice, putem observa că acesta ar putea fi un eveniment relativ comun."
Ca pas următor, Oei dorește să înțeleagă mai bine modul în care aceste megastructuri își afectează mediul. Fasciculele de materie răspândesc raze cosmice, căldură, atomi cu masă mare și câmpuri magnetice în spațiul dintre galaxii.
Cercetătorii sunt interesați să afle în ce măsură jeturile gigantice răspândesc magnetismul.
"Magnetismul de pe planeta noastră este ceea ce permite vieții să înflorească, așa că vrem să înțelegem cum a apărut", spune el. "Știm că magnetismul pătrunde în rețeaua cosmică și apoi își face loc în galaxii și stele, și în cele din urmă, pe planete dar întrebarea este de unde vine? Ar fi putut aceste jeturi gigantice să fie sursa lor?"
