Porfirión: los mayores chorros de agujero negro jamás detectados

Los agujeros negros supermasivos de las galaxias pueden emitir poderosos chorros o jets de radiación y partículas. Cuando se mantienen durante millones de años pueden influir en el flujo de materia del medio intergaláctico, al lanzar electrones, núcleos atómicos y campos magnéticos a través del espacio.

Observaciones anteriores indicaban que el tamaño de estos chorros no podría superar los 5 megaparsecs (donde un parsec equivale a 3,26 años luz). Sin embargo, esta semana la revista Nature informa del descubrimiento de dos jets con una longitud combinada de unos 7 megaparsecs o 23 millones de años luz, los más grandes reportados hasta la fecha. Expulsan plasma caliente mucho más allá de su propia galaxia. 

«Este par no es tan solo del tamaño de un sistema solar o de una galaxia como la nuestra: estamos hablando de 140 diámetros de Vía Láctea», exclama el autor principal, Martijn Oei, becario postdoctoral del Instituto Tecnológico de California (Caltech, en EEUU), «nuestra Vía Láctea sería un puntito en estas dos gigantescas erupciones».

La megaestructura Porfirión

La megaestructura de chorros, apodada Porfirión en honor a un gigante de la mitología griega, data de una época en la que nuestro universo tenía 6.300 millones de años, es decir, menos de la mitad de su edad actual de 13.800. Estos feroces flujos –con una potencia total equivalente a billones de soles– salen por encima y por debajo de un agujero negro supermasivo situado en el corazón de una galaxia remota.

Antes de este descubrimiento, el mayor sistema de chorros confirmado era Alcioneo, que abarca el equivalente a unas 100 Vías Lácteas. También se llama así por un gigante de la mitología griega y lo descubrió en 2022 el mismo equipo que ahora ha encontrado a Porfirión.

El último hallazgo sugiere que estos sistemas de chorros gigantes pueden haber influido más de lo que se creía en la formación de galaxias en el universo joven.

Por la ‘telaraña’ de la red cósmica

Porfirión existió durante una época temprana en la que los filamentos difusos que conectan y alimentan las galaxias, conocidos como la red cósmica, estaban más juntos que ahora. Esto significa que chorros enormes como esta pareja se extendían por una porción mayor de la red cósmica en comparación con los del universo local.

«La red cósmica es la estructura más grande del universo. Repito, es lo más grande que existe en el universo», recalca a SINC otro de los autores de Caltech, Antonio Rodríguez, «cuando primero se analizaron las observaciones de las galaxias más lejanas en los años 70, los astrofísicos se dieron cuenta que la estructura que formaban era como una ‘telaraña’, con áreas de mayor y menor densidad, que siguen conectadas aunque se expanda la red». 

«E igual que en una telaraña, en la red cósmica hay vacíos enormes: los vacíos cósmicos, áreas en las que casi no existen galaxias», prosigue este investigador estadounidense de ascendencia mexicana, «y este estudio revela que existen galaxias que lanzan jets que pueden atravesarlos. Cada chorro mide 11,5 millones de años luz (23 millones sumando los dos), y los vacíos cósmicos suelen tener radios de aproximadamente 15 millones de años luz». 

Esto quiere decir que por medio de los jets las partículas o rayos cósmicos pueden atravesar esos vacíos cósmicos. «Sería como una araña cruzando por los vacíos de una telaraña gracias a puentes invisibles (o, mejor dicho, que solo se ven en ondas de radio), y gracias a esto, una telaraña podría crecer más rápidamente o de maneras inesperadas», apunta Rodríguez, quien destaca: «Una de las conclusiones más importantes es que puede ser que el universo haya evolucionado más rápidamente gracias a estos jets».

Telescopios en cuatro continentes

El sistema de chorros de Porfirión se descubrió durante un estudio del cielo realizado con el radiotelescopio europeo LOFAR (LOw Frequency ARray) que ha revelado un número sorprendente de estas débiles megaestructuras: más de 10.000. «Cuando descubrimos los jets gigantes, nos quedamos bastante sorprendidos, no teníamos ni idea de que hubiera tantos», apunta Oei, que también trabaja en el Observatorio de Leiden (Países Bajos).

Oei y otros investigadores comenzaron a usar LOFAR en 2018 para estudiar la red cósmica o ‘telaraña’ que atraviesa el espacio entre las galaxias. A medida que el equipo inspeccionaba las imágenes de radio en busca de sus tenues filamentos fue cuando comenzaron a notar los sistemas de chorros sorprendentemente largos.

Para buscarlos sistemáticamente, el equipo inspeccionó las imágenes de radio a ojo, utilizó herramientas de aprendizaje automático para escanearlas en busca de señales de los jets, y solicitó la ayuda de ciudadanos científicos de todo el mundo para examinar estas fotografías más a fondo. Ya se ha aceptado la publicación en la revista Astronomy & Astrophysics de un artículo en el que se describe el lote más reciente de chorros gigantes, que contiene más de 8.000 pares.

Para encontrar la galaxia concreta en la que se originó Porfirión, los autores utilizaron el Radiotelescopio Gigante de Ondas Metálicas (GMRT), situado en la India, y el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), que opera desde el Observatorio Nacional de Kitt Peak, en Arizona (EEUU). Estas observaciones situaron el origen de los chorros en una galaxia con unas 10 veces más masa que nuestra Vía Láctea. 

A continuación, el equipo utilizó el Observatorio W. M. Keck de Hawái (también en EEUU), 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», afirma Oei, «pero si los distantes como estos pueden alcanzar la escala de la red cósmica, entonces todos los lugares del universo pueden haber estado afectados por la actividad de los agujeros negros en algún momento del tiempo cósmico».

Una de las autoras del estudio, la astrofísica peruana Gabriela Calistro Rivera, líder de proyectos para misiones espaciales en el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), añade: «Las grandes escalas de estos jets que hemos descubierto no solo los convierten en las estructuras producidas por un objeto astrofísico de mayor dimensión jamás detectadas, sino que también tienen una gran importancia para nuestro entendimiento de los agujeros negros y el papel físico que estos tienen en la evolución de las galaxias y la materia en el universo”.

«Tenemos evidencia indirecta de que los agujeros negros masivos y supermasivos regulan el crecimiento de las galaxias, pero aún no entendemos muy bien cómo ocurre esto –reconoce–. Descubrir chorros de tales dimensiones en el universo lejano implica que su emisión de jets puede tener un rol más importante que lo que se pensaba, y abre la posibilidad también de encontrar muchos más en futuras observaciones».

Misterios por resolver

Por su parte, Rodríguez señal que el misterio más grande «es determinar cuántas galaxias más con jets de este tipo existen, cómo influyen las teorías que tenemos sobre la evolución galáctica y el rol que tiene la materia oscura en esta evolución. Puede ser que esto también afecte nuestras teorías sobre qué pasó inmediatamente después del Big Bang».

Además de la cantidad de chorros gigantes que podría haber, otro de los retos pendientes es saber cómo pueden extenderse tanto más allá de sus galaxias anfitrionas sin desestabilizarse. «Puede que estemos viendo la punta del iceberg», afirma Oei, «ya que nuestro estudio con LOFAR solo cubría el 15% del cielo, y es probable que la mayoría de estos jets sean difíciles de detectar, por lo que creemos que hay muchos más ahí fuera».

Propagadores del magnetismo

Como siguiente paso, el astrónomo quiere comprender mejor cómo influyen estas megaestructuras en su entorno. Los chorros esparcen rayos cósmicos, calor, átomos pesados y campos magnéticos por todo el espacio entre galaxias, y ahora está especialmente interesado en averiguar hasta qué punto propagan ese magnetismo.

«El magnetismo de nuestro planeta permite que la vida prospere, así que queremos entender cómo surgió», comenta, «y también sabemos que impregna la red cósmica, se abre camino en las galaxias y las estrellas y, finalmente, llega a los planetas, pero la pregunta es: ¿dónde empieza? ¿han propagado estos chorros gigantes el magnetismo por el cosmos?». Futuras investigaciones podrían tener la respuesta a estos y otros misterios sobre los gigantes como Porfirión.