Descubierto Porfirión, el chorro de agujero negro más grande jamás detectado: 23 millones de años luz

«Estos 'jets' -afirma Martijn Oei, investigador del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y autor principal de un estudio recién publicado en 'Nature'- no son sólo del tamaño de un sistema solar o de una Vía Láctea; estamos hablando de 140 diámetros de la Vía Láctea en total. Nuestra galaxia sólo sería un pequeño punto en medio de esas dos erupciones gigantes«.

La inmensa estructura, llamada Porfirión en honor a un gigante de la mitología griega, data de una época en la que el Universo tenía 6.300 millones de años, es decir, menos de la mitad de su edad actual de 13.760 millones de años. Los dos inmensos flujos de salida, con una producción total de energía equivalente a la de billones de soles, salen disparados hacia arriba y hacia abajo desde lo que podríamos llamar los 'polos' de un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia remota.

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Antes de Porfirión, el sistema de chorros más grande conocido era Alcioneo (otro gigante de la mitología griega) que también fue descubierto por el mismo equipo de científicos en 2022 y que se extendía a lo largo de 100 Vías Lácteas. Para hacerse una idea, baste decir que el sistema de chorros más cercano a la Tierra, Centaurus A, 'sólo' mide el equivalente a diez galaxias como la nuestra.

El espectacular hallazgo sugiere que estas gigantescas estructuras pueden haber tenido una influencia mayor de lo que se creía en la formación de galaxias en el Universo joven. Porfirión, de hecho, existió durante una época bastante temprana, cuando el entramado de tenues filamentos que conectan y alimentan a las galaxias, la red cósmica, era mucho más compacto de lo que es ahora. Lo cual significa que jets del tamaño de Porfirión atravesaron, en aquel pasado distante, una mayor porción de la red cósmica de la que atraviesan los chorros del Universo actual.

«Los astrónomos -dice George Djorgovski, también del Caltech y coautor del estudio- creen que las galaxias y sus agujeros negros centrales coevolucionan, y un aspecto clave de este proceso es que los chorros pueden esparcir enormes cantidades de energía que afectan al crecimiento de sus galaxias anfitrionas y otras galaxias cercanas. Este descubrimiento demuestra que sus efectos pueden extenderse mucho más allá de lo que pensábamos».

El gigantesco sistema de Porfirión, además, ha revelado la presencia de por lo menos otras 10.000 macroestructuras más débiles. Una enorme e inesperada población de chorros que los investigadores encontraron usando el radiotelescopio europeo LOFAR (Low Frequency Array). A pesar de que ya se conocían varios cientos de estos chorros galácticos, hasta ahora se creía que eran mucho más raros y, por supuesto, en general mucho más pequeños que los miles de nuevos sistemas descubiertos por LOFAR.

«Los chorros gigantes -explica Martin Hardcastle, de la Universidad de Hertfordshire y segundo autor del estudio- eran conocidos antes de que empezáramos la campaña, pero no teníamos idea de que serían tantos. Normalmente, cuando obtenemos una nueva capacidad de observación, como la combinación del amplio campo de visión de LOFAR con una sensibilidad muy alta para captar estructuras muy extensas, encontramos algo nuevo, pero aun así fue muy emocionante ver emerger tantos de estos objetos«.

Ya en 2018, Oei y sus colegas comenzaron a utilizar LOFAR, y no para estudiar los chorros de agujeros negros sino la red cósmica de tenues filamentos que cruza el espacio entre galaxias. Fue así, mientras el equipo inspeccionaba las imágenes de radio en busca de filamentos débiles, cuando comenzaron a notar varios sistemas de chorros sorprendentemente largos. «Cuando encontramos por primera vez estos jets gigantes -afirma Oei-, nos quedamos bastante sorprendidos. No teníamos idea de que hubiera tantos».

Para localizar la galaxia de origen de Porfirión, Oei y su equipo utilizaron el radiotelescopio gigante de ondas métricas (GMRT) en la India, y los datos de un proyecto llamado Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), que opera desde el Observatorio Nacional Kitt Peak, en Arizona. Las observaciones dieron sus frutos, y señalaron el 'hogar' de los chorros en una enorme galaxia, unas 10 veces más masiva que nuestra Vía Láctea.

Después, los investigadores utilizaron el Observatorio W. M. Keck, en Hawái, para demostrar que Porfirión está a 7.500 millones de años luz de la Tierra, es decir, que se produjo unos 6.500 millones de años después del Big Bang. «Hasta ahora -afirma Oei- estos sistemas de chorros gigantes parecían ser fenómenos del Universo reciente. Pero si chorros distantes como estos pueden alcanzar la escala de la red cósmica, entonces todos los lugares del Universo pueden haber sido afectados por la actividad de los agujeros negros en algún momento del tiempo cósmico».

Las observaciones desde Keck también revelaron que Porfirión surgió de lo que se llama un 'agujero negro activo en modo radiativo', diferente de uno que se encuentra 'en modo chorro'. Cuando los agujeros negros supermasivos se activan (es decir, cuando sus inmensas fuerzas de gravedad tiran y calientan el material circundante), pueden emitir emiten energía en forma de radiación o de chorros. Los agujeros negros en modo radiativo eran más comunes en el Universo joven o distante, mientras que los que están en modo chorro son más comunes en el Universo actual.

El hecho de que Porfirión procediera de un agujero negro en modo radiativo fue toda una sorpresa, porque los astrónomos no sabían que este modo era capaz producir chorros tan enormes y poderosos. Es más, debido a que Porfirión se encuentra en el Universo distante, donde abundan los agujeros negros en modo radiativo, el hallazgo implica que pueden quedar muchos más chorros colosales aún por descubrir.

«Puede que estemos ante la punta del iceberg -afirma Oei-. Nuestro estudio LOFAR sólo cubrió el 15 por ciento del cielo. Y es probable que la mayoría de estos chorros gigantes sean difíciles de detectar, por lo que creemos que hay muchos más ahí fuera».

Aún no está claro cómo estos chorros consiguen extenderse tanto, mucho más allá de sus galaxias anfitrionas, sin desestabilizarse. De hecho, no hay nada de especial en su entorno que impulse su crecimiento. Pero sea lo que sea, el estudio ha dejado claro que debe tratarse de algo bastante más común de lo que se pensaba.

Como siguiente paso, Oei quiere ahora comprender mejor cómo estas megaestructuras influyen en su entorno. Los chorros propagan rayos cósmicos, calor, átomos pesados y campos magnéticos por todo el espacio entre galaxias. El magnetismo de nuestro planeta -explica el investigador- permite que la vida prospere, por eso queremos entender cómo surgió. Sabemos que el magnetismo impregna la red cósmica, que luego se abre camino hacia las galaxias y las estrellas y que, finalmente, llega hasta los planetas, pero la pregunta es: ¿Dónde empieza? ¿Son estos chorros gigantes los que han propagado el magnetismo por todo el Universo?

Una pregunta que los investigadores esperan estar pronto en condiciones de responder.