Un studiu publicat în revista Nature informează că astronomii au detectat cele mai mari fluxuri de materie emise de o gaură neagră, ce au putut fi observate până în prezent cu ajutorul radiotelescoapelor.
Jeturile de materie, a căror lungime măsoară 23 de milioane de ani-lumină, au fost emise de o gaură neagră imensă, aflată la 7,5 miliarde de ani-lumină de Pământ, informează CNN.
În termeni generali, putem asemui găurile negre cu un soi de „gunoieri ai universului”, care înghit orice formă de materie, incapabilă să reziste imensei forțe de atracție gravitațională ce se exercită asupra lor.
În cadrul procesului de absorbție, o parte din obiectul cosmic ce se va contopi cu gaura neagră este pulverizată într-un flux de materie, care se manifestă de fiecare parte a orizontului găurii negre, a explicat Martijn Oei, cercetător postdoctoral la Institutul de Tehnologie din California și autorul principal al studiului care a publicat această descoperire.
Pentru că în cadrul acestor fluxuri de materie radiațiile și particulele sunt accelerate aproape de viteza luminii, fenomenul devine vizibil radiotelescoapelor, care detectează această manifestare fizică în spectrul unei anumite lungimi de undă.
Ce i-a surprins pe astrofizicienii care au studiat această nouă descoperire este mărimea imensă a fluxurilor de energie emise de gaura neagră, cu o putere echivalentă a trilioane de sori, aspect care i-a determinat să denumească structura observată Porphyrion, după numele unui gigant din mitologia greacă.
Descoperirea, făcută în 2018, cu ajutorul radiotelescopului european LOFAR, sau LOw Frequency ARray, i-a făcut pe oamenii de știință să-și reconsidere ipotezele pe care le aveau cu privire la mărimea jeturilor de materie emise de găurile negre, precum și modul în care aceste caracteristici gigantice pot afecta vecinătatea acestor corpuri cosmice și structura universului.
„Această pereche de jeturi de materie nu este doar de mărimea unui sistem solar sau a Căii Lactee; vorbim despre 140 de diametre ale Căii Lactee în total. Calea Lactee ar fi un mic punct în aceste două erupții gigantice”, a declarat Oei.
Căutarea rețelei cosmice
Cu ajutorul LOFAR, cercetătorii se aflau în căutarea altor elemente de studiu: filamentele subțiri ale rețelei cosmice. Rețeaua cosmică este structura la scară largă a universului, o rețea de materie care străbate tot spațiul dintre galaxii, a explicat Oei.
Dar, în timp ce adunau date despre această pânza cosmică, echipa a descoperit jeturi mari de materie localizate în diferite galaxii. În total, echipa a reperat 10.000 de noi perechi de jeturi de materie ale găurilor negre.
„Când am găsit prima dată jeturile gigantice, am fost destul de surprinși. Nu aveam nicio idee că sunt atât de multe”, a spus Oei.
Găurile negre supermasive se află în centrul galaxiilor mari. Studiul efectuat de echipa de cercetători a evidențiat faptul că într-un număr tot mai mare de galaxii, jeturile de materie emise de găurile negre depășesc cu mult granițele lor, a mai declarat Oei.
Coautor al studiului, Aivin Gast este cel care a remarcat primul perechea masivă de jeturi de materie.
La momentul respectiv, Gast era student la Oxford, unde urma cursuri de arheologie clasică și istorie antică. Dar, din cauza pandemiei, principala sa activitate academică fusese suspendată, așa că s-a oferit să îl ajute pe Oei în evaluarea și catalogarea imaginilor captate de radiotelescopul LOFAR.
„După ce am găsit Porphyrion, am fost amândoi foarte entuziasmați, iar după ce am mai discutat am simțit emoția de a vedea și de a participa la o descoperire specială, una pe care nimeni nu o mai apreciase”, a declarat Oei.
Odată ce echipa a localizat cu precizei galaxia din care proveneau jeturile de materie, „Aivin a profitat de pregătirea sa clasică și a propus să dea sistemului frumosul nume «Porphyrion», pe care îl poartă acum”, a adăugat Oei.
Înainte de observațiile LOFAR, se credea că sistemele cu jeturi mari sunt rare și se așteptau să fie de dimensiuni mai mici. Înainte ca Porphyrion să fie reperat, cel mai mare sistem cu jet de găuri negre confirmat era Alcyoneus.
Aceeași echipă a descoperit, în 2022, Alcyoneus, denumit tot după un gigant din mitologia greacă, un sistem de jeturi de materie care măsoară aproximativ 100 de galaxii de mărimea Căii Lactee.
Astronomii estimează că galaxia noastră, Calea Lactee, are un diametru de 100.000 de ani-lumină. Un an-lumină este distanța parcursă de lumină într-un an, adică 9,46 trilioane de kilometri.
Dar autorii studiului au avut o abordare mai largă și au considerat că Calea Lactee are un diametru de 163.078 de ani-lumină pentru a lua în considerare toate stelele și materia invizibilă din galaxie, a spus Oei.
Astfel, ei au decis că Porphyrion este echivalent cu 140 de diametre ale Căii Lactee.
Acum, autorii au spus că ei cred că este posibil să găsească jeturi mai mari decât Porphyrion pe măsură ce tehnologia radiotelescoapelor se îmbunătățește.
În căutarea originii galactice
Pentru a descoperi mai multe detalii despre originea jeturilor, echipa a efectuat observații de urmărire cu ajutorul radiotelescopului Giant Metrewave din India și al Observatorului W. M. Keck din Hawaii. Observațiile au indicat o galaxie îndepărtată de aproximativ 10 ori mai masivă decât Calea Lactee.
Datele colectate de Observatorul Keck au dezvăluit, de asemenea, că structurile provin de la o gaură neagră activă cu mod radiativ, mai degrabă decât de tipul cunoscut pentru producerea de jeturi mai mari, ceea ce i-a surprins pe cercetători.
Pe măsură ce găurile negre supermasive devin active, forța lor gravitațională încălzește materia din jur, care eliberează energie sub formă de radiații sau jeturi. Găurile negre cu mod radiativ sunt mai frecvente în universul îndepărtat, în timp ce găurile negre cu mod jet sunt mai frecvente în universul apropiat, potrivit cercetătorilor.
„Studiul nostru sugerează că găurile negre active în mod radiativ ar putea fi la fel de capabile să genereze jeturi gigantice ca și găurile negre active în mod jet în universul apropiat”, a declarat Oei într-un e-mail. „Aflăm că jeturile gigantice ar putea fi un fenomen străvechi: acum știm că ele au existat în cea mai mare parte a vieții universului. Studiul nostru LOFAR a acoperit doar 15 la sută din cer. Iar majoritatea acestor jeturi gigantice sunt probabil greu de observat, așa că noi credem că există mult mai mulți astfel de mastodonți acolo.”
Înțelegerea duratei de existență a jeturilor de găuri negre gigantice în timpul celor 13,8 miliarde de ani ai universului ar putea ajuta astronomii să afle cum au influențat jeturile mediul înconjurător.
Două mari întrebări cu care se confruntă astronomii sunt cum s-a magnetizat universul și cum au apărut structurile la scară largă ale rețelei cosmice care se află între galaxii. Jeturile masive ale găurilor negre ar putea ajuta la obținerea ambelor răspunsuri.
Dacă sunt susținute timp de milioane de ani, jeturile puternice ale găurilor negre pot afecta fluxul de materie prin spațiul intergalactic prin eliberarea de particule încărcate electric și câmpuri magnetice prin spațiu, potrivit autorilor studiului.
„Ori de câte ori jeturile ajung în spațiul intergalactic, credem că au o mare influență asupra încălzirii (spațiului) dintre galaxii și asupra magnetizării acestuia”, a declarat Oei. „Una dintre realizările neașteptate ale descoperirii acestui sistem de jeturi gigant este că jeturile găurilor negre pot atinge scara pânzei cosmice. Sunt atât de mari încât pot ajunge, în principiu, peste tot.”
Cercetările echipei arată că Porphyrion a fost capabil să încălzească împrejurimile sale din spațiul intergalactic cu aproximativ 1 milion de grade.
„Dacă această încălzire a avut loc suficient de devreme în timpul cosmic”, a spus Oei, „este posibil să fi încetinit formarea galaxiilor, care au nevoie de plasmă sau gaz intergalactic relativ rece pentru a se putea coagula și forma.”
O nouă căutare de răspunsuri cosmice
Echipa continuă să investigheze modul în care jeturile găurilor negre se pot extinde atât de mult dincolo de galaxia gazdă fără a deveni instabile.
„Munca lui Martijn ne-a arătat că nu există nimic deosebit în mediile acestor surse gigantice care să le determine să atingă aceste dimensiuni mari”, a declarat coautorul studiului Martin Hardcastle, profesor de astrofizică la Universitatea Hertfordshire din Anglia.
Studiul relevă o descoperire interesantă, o „înregistrare fosilă” a activității găurilor negre supermasive care poate arăta modul în care jeturile și gaura neagră au evoluat în timp, a declarat Sașa Cehovskoi, profesor asociat în cadrul departamentului de fizică și astronomie de la Universitatea Northwestern.
„Longevitatea remarcabilă a jeturilor ne poate ajuta, de asemenea, să testăm modelele fizice ale jeturilor, în special stabilitatea lor în fața șanselor mari de a-și croi cu succes drum prin (spațiul intergalactic)”, a spus Cehovskoi, care nu a fost implicat în noul studiu.
Este posibil ca Porphyrion să fi magnetizat și mediul său local, iar Oei dorește să înțeleagă modul în care jeturile masive ar putea răspândi magnetismul prin rețeaua cosmică. Originea magnetismului este esențială deoarece câmpurile magnetice, precum cel care înconjoară Pământul, pot o atmosferă propice vieții.
„Magnetismul de pe planeta noastră permite vieții să prospere, așa că vrem să înțelegem cum a apărut”, a spus Oei. „Știm că magnetismul pătrunde în rețeaua cosmică, apoi își face loc în galaxii și stele și, în cele din urmă, pe planete, dar întrebarea este: de unde începe? Aceste jeturi gigantice au răspândit magnetismul prin cosmos?”
