El par de chorros de agujeros negros más grande jamás construido se extiende a 23 millones de años luz

¿Podrían los colosales chorros de agujeros negros haber dado forma al universo primitivo?

Por Saima S.Iqbal

En una galaxia a 7.500 millones de años luz de distancia, un agujero negro supermasivo dispara corrientes de plasma magnetizado que abarcan 140 Vías Lácteas de longitud. Esta estructura alucinante, apodada Porphyrion, en honor a un gigante de la mitología griega, contiene los chorros de agujeros negros más grandes que los físicos hayan visto jamás, un equipo reportado en Naturaleza mes pasado. Y su existencia sugiere que los chorros de agujeros negros pueden haber desempeñado un papel más importante de lo que se pensaba en la configuración del cosmos.

Los agujeros negros ocasionalmente generan chorros cuando comen en exceso, a medida que la materia se acumula alrededor de sus fauces y encuentra fuerzas astrofísicas extremas. Toda la materia que se acerca a un agujero negro adopta la forma de un disco en espiral. Este disco gira a un ritmo tan rápido que el el material dentro de él brilla al rojo vivo y se ioniza, transformándose en un plasma denso turbulento con campos magnéticos. Un agujero negro en rotación puede luego torcer estos campos magnéticos en conos apretados en cada uno de sus polos de rotación. La mayor parte de la materia que sale del disco se acelerará directamente hacia la boca del agujero negro. Pero una pequeña fracción queda atrapada en los campos retorcidos y tirachinas hacia afuera, produciendo dos rayos rectos que algunos astrofísicos comparan con sables de luz Jedi.

Inicialmente, estos chorros captaron la atención de los científicos porque servían como marcadores visuales de agujeros negros, pozos sin fondo que de otro modo serían invisible para la mayoría de los telescopios. Sólo con el tiempo los investigadores consideraron que los chorros eran importantes por derecho propio: el intenso calor que desprendían las corrientes a veces impedía que el gas circundante colapsara y se formara en nuevas estrellas. Sin embargo, tal impacto parecía limitado porque se pensaba que los chorros no se extenderían demasiado más allá de los confines de su propia galaxia, en todo caso. El estudio del cielo que sustenta el nuevo estudio ha complicado ese panorama al identificar más de 10.000 sistemas masivos de chorros de agujeros negros, el principal de ellos Porphyrion.

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Corrientes tan antiguas y colosales como Porphyrion pueden haber contribuido a algunas de las características del universo primitivo, dice el autor principal del estudio, Martijn Oei, astrónomo del Instituto de Tecnología de California.

En 2022, Oei y sus colegas investigadores descubrieron otro sistema de chorros que arroja agujeros negros y que, de extremo a extremo, abarca 16 millones de años luz, o 100 Vías Lácteas. Porfirio supera al anterior poseedor del récord, Alcioneo, no sólo por su tamaño absoluto sino también por su influencia relativa en su entorno cósmico. Nacido cuando el universo tenía menos de la mitad de su edad actual y, por lo tanto, mucho más pequeño y denso de lo que es hoy, Porphyrion puede extender la mano y tocar más de lo que Alcioneo jamás pudo.

Se estima que los chorros de Porphyrion contienen la energía total de billones de soles y elevan la temperatura del gas circundante en un millón de grados Celsius. Esto significa que pueden haber inhibido la formación no sólo de estrellas sino de galaxias enteras en el universo primitivo. Sus rociadores de alta velocidad de material eyectado magnetizado también podrían haber perforado y llenado vacíos en la red cósmicala red de Filamentos ricos en materia y cavidades escasas en materia. que forma la estructura a gran escala del universo.

Lo que más intriga a Oei es la posibilidad de que sistemas de chorro como Porphyrion hayan ayudado a preparar el escenario para la vida en la Tierra. El campo magnético de nuestro planeta protege la biosfera y la atmósfera de la Tierra de aluviones de rayos cósmicos de alta energía y de peligrosos estallidos de partículas y radiación solares. Sin embargo, el campo magnético de la Tierra está incrustado y, por lo tanto, interconectado con el campo magnético de nuestra estrella, que a su vez se encuentra dentro de otros campos magnéticos que se extienden a lo largo de la Vía Láctea, y tal vez incluso más allá. Este rastro escalar es largo y tenue, pero puede remontarse a través del tiempo y el espacio hasta nuestra posición en una hebra de la red cósmica y hasta posibles perturbaciones de estructuras como Porphyrion.

Para evaluar mejor el impacto que estos chorros pudieron haber tenido en el universo primitivo, los investigadores necesitarán crear un catálogo más completo de las estructuras. El nuevo estudio examina sólo el 15 por ciento del cielo, posiblemente dejando muchos más chorros aún por descubrir. Y es difícil estimar cuántas de estas gigantescas estructuras existen, señala Oei, porque las condiciones que producen y sostienen poderosas corrientes siguen siendo poco conocidas.

El hecho de que los científicos puedan incluso distinguir chorros tan grandes es un testimonio de la sensibilidad de los telescopios modernos. El gran tamaño de los chorros hace que sean difíciles de detectar en el pequeño campo de visión disponible en la mayoría de los telescopios potentes. En el nuevo estudio, Oei y los miembros de su equipo recurrieron a una red europea de radiotelescopios llamada Low Frequency Array (LOFAR), buscando en sus imágenes del cielo luz de radio con una longitud de onda de aproximadamente dos metros. Estas “olas de tamaño humano” ofrecían señales de “lugares donde sucede algo violento y espectacular”, dice. Cuando apareció Porphyrion, utilizaron otras dos instalaciones (el radiotelescopio gigante Metrewave en India y el Observatorio WM Keck en Hawaii) para descubrir y estudiar la galaxia que era la fuente de la señal. Tras haberse propuesto inicialmente estudiar la red cósmica, Oei descubrió que el par de chorros de Porphyrion era el doble de sorpresa, y espera incontables más a medida que el equipo continúa estudiando Porphyrion y otros sistemas de chorros gigantes.