Astronomi su primijetili masivne mlazove koji izlaze iz goleme crne rupe udaljene 7.5 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje. Ova megastruktura proteže se u duljini od 23 milijuna svjetlosnih godina, što ove crne rupe čini najvećim otkrivenim.
Na crne rupe se gleda kao na deponije smeća u svemiru, koji gutaju gotovo sve što im se približi. Ali dio materijala se izbacuje prije nego što objekt padne unutra, formirajući mlaz s obje strane crne rupe, ističe Martijn Oei, postdoktorand na Kalifornijskom institutu za tehnologiju i glavni autor nove studije koja opisuje ovo otkriće, objavljeno 18. rujna u časopisu Nature.
Mlazovi crnih rupa mogu ubrzati zračenje i čestice gotovo do brzine svjetlosti, uzrokujući da sjaje u valnim duljinama vidljivim radioteleskopima. Takav sjaj privukao je pozornost astronoma dok su 2018. godine promatrali nebo koristeći europski LOFAR ili LOw Frequency ARray radio teleskop, piše CNN.
Ovi mlazovi imaju izlaznu snagu jednaku snazi bilijuna sunaca i toliko su masivni da su istraživači megastrukturi dali nadimak Porfirion prema divu iz grčke mitologije. Ovo otkriće tjera astronome da preispitaju svoje razumijevanje razmjera mlazova iz crnih rupa, kao i kako te divovske pojave mogu utjecati na svoje okruženje i strukturu svemira.
"Ovi mlazovi nisu veličine Sunčevog sustava ili Mliječne staze; govorimo o ukupno 140 promjera Mliječnog puta. Mliječni put bi bio mala točka u ove dvije divovske erupcije", rekao je Oei.
"Nismo imali pojma da ih ima ovoliko"
U početku su istraživači tražili nešto drugo koristeći LOFAR: niti kozmičke mreže. Kozmička mreža velika je struktura svemira, mreža materije koja prožima sav prostor između galaksija, objašnjava Oei.
No, dok su pokušavali proučavati kozmičku mrežu, otkrili su velike mlazove koji dolaze iz galaksija. Ukupno su uočili 10.000 novih parova mlaznica iz crnih rupa. Rad koji opisuje mlazove prihvaćen je za objavljivanje u drugom časopisu, Astronomy & Astrophysics. "Kada smo pronašli divovske mlazove, bili smo prilično iznenađeni. Nismo imali pojma da ih ima ovoliko", rekao je Oei.
Supermasivne crne rupe leže u središtima velikih galaksija. Zapažanja su pokazala da sve veći broj galaksija ima mlazove crnih rupa koji sežu daleko izvan njihovih granica. Istraživač i koautor studije Aivin Gast prvi je uočio najveći par mlazova. U to vrijeme Gast je bio student klasične arheologije i antičke povijesti na Sveučilištu u Oxfordu. Ali zbog pandemije njegov glavni akademski rad bio je na čekanju, pa je ponudio pomoć Oeiju u vizualnom pregledu radijskih slika koje je snimio LOFAR.
"Nakon što smo pronašli Porfirion, obojica smo bili vrlo uzbuđeni zato što smo vidjeli i otkrili nešto posebno što nitko prije nije zapazio", rekao je Oei. Nakon što su znanstvenici provjerili galaksiju iz koje su mlazovi potekli, Aivin je iskoristio svoju klasičnu naobrazbu i predložio da se sustav nazove Porfirion.
Prije LOFAR promatranja, smatralo se da su veliki mlazni sustavi rijetki i očekivalo se da će biti manjih dimenzija. Prije nego što je Porfirion uočen, najveći potvrđeni mlazni sustav crne rupe bio je Alkionej, nazvan po mitskom grčkom divu. Alkionej je otkriven 2022. godine i veličine je oko 100 galaksija Mliječnog puta.
140 promjera Mliječnog puta
Procjenjuje se da galaksija Mliječni put ima 100.000 svjetlosnih godina u promjeru. Jedna svjetlosna godina udaljenost je koju svjetlost prijeđe u jednoj godini (9.46 bilijuna kilometara). Ali autori studije zauzeli su širi pristup i smatrali da Mliječni put ima 163.078 svjetlosnih godina u promjeru kad bi se uzele u obzir sve zvijezde i nevidljiva materija unutar galaksije.
Stoga su odlučili da je Porfirion ekvivalentan 140 promjera Mliječnog puta. Autori smatraju da će biti moguće pronaći mlazove veće od Porfiriona kako se tehnologija radioteleskopa bude poboljšavala.
Kako bi otkrili više detalja o podrijetlu mlazova, znanstvenici su proveli naknadna promatranja koristeći Giant Metrewave Radio Telescope u Indiji i W. M. Keck opservatorij na Havajima. Promatranja su ukazala na daleku galaksiju koja je oko 10 puta masivnija od Mliječnog puta. Podaci koje je prikupio opservatorij Keck također su pokazali da strukture potječu iz aktivne crne rupe radijacijskog načina rada, a ne vrste za koju se zna da proizvodi veće mlazove, što je iznenadilo istraživače.
Kako supermasivne crne rupe postaju aktivne, njihova gravitacijska sila zagrijava okolni materijal, što oslobađa energiju u obliku zračenja ili mlazova. Radijacijske crne rupe češće su u dalekom svemiru, dok su mlazne crne rupe češće u obližnjem svemiru.
"Naša studija sugerira da bi radijacijske crne rupe mogle biti jednako sposobne generirati divovske mlazove kao što to mogu aktivne crne rupe u mlaznom modu", rekao je Oei i nastavio: "Ogromni mlazovi mogli bi biti prastari fenomen: sada znamo da su se javljali kroz veći dio postojanja svemira. Naše LOFAR istraživanje pokriva samo 15 posto neba. A većinu ovih divovskih mlazova vjerojatno je teško uočiti, pa vjerujemo da ih postoji još mnogo."
Razumijevanje koliko su dugo postojali ogromni mlazovi iz crnih rupa tijekom 13.8 milijardi godina svemira moglo bi pomoći astronomima da otkriju kako su mlazovi utjecali na svoju okolinu.
Dva važna pitanja
Dva velika pitanja s kojima se suočavaju astronomi su kako je svemir postao magnetiziran i kako su nastale velike strukture kozmičke mreže koje se nalaze između galaksija. Masivni mlazovi crne rupe mogli bi pomoći u odgovoru na oba.
Ako postoje milijunima godina, snažni mlazovi crnih rupa mogu utjecati na protok materije kroz međugalaktički prostor otpuštanjem nabijenih čestica i magnetskih polja kroz svemir.
"Kad god mlazovi dosegnu međugalaktički prostor, imaju veliki utjecaj na zagrijavanje prostora između galaksija i na njegovo magnetiziranje. Jedna od neočekivanih spoznaja je da mlazovi crnih rupa mogu dosegnuti razmjere kozmičke mreže. Toliko su velike da mogu dosegnuti posvuda", rekao je Oei. Istraživanje pokazuje da je Porfirion uspio zagrijati svoju okolinu u međugalaktičkom prostoru za oko milijun stupnjeva.
"Ako se to zagrijavanje dogodilo dovoljno rano u kozmičkom vremenu, možda je usporilo formiranje galaksija, kojima je potrebna relativno hladna intergalaktička plazma ili plin da bi kolabirale i formirale se", objasnio je Oei.
Znanstvenici nastavljaju istraživati kako se mlazovi crnih rupa mogu protezati tako daleko izvan galaksije domaćina a da pritom ne postanu nestabilni. "Martijnov rad pokazao nam je da nema ničeg posebnog u okruženju ovih divovskih izvora što uzrokuje da dosegnu tako velike veličine", rekao je koautor studije Martin Hardcastle, profesor astrofizike na Sveučilištu Hertfordshire u Engleskoj.
Porfirion je također mogao magnetizirati svoj okoliš, a Oei želi razumjeti kako bi masivni mlazovi mogli širiti magnetizam kroz kozmičku mrežu. Podrijetlo magnetizma ključno je jer magnetska polja, poput polja koje okružuje Zemlju, mogu zaštititi atmosferu koja održava život.
"Magnetizam na našem planetu omogućuje napredovanje života, pa želimo razumjeti kako je nastao. Znamo da magnetizam prožima kozmičku mrežu, zatim ulazi u galaksije i zvijezde i na kraju do planeta, ali pitanje je gdje počinje? Jesu li ti ogromni mlazovi širili magnetizam kroz svemir?" zaključuje Oei.