Porphyrion: Gigant z głębin kosmosu
Jedną z najbardziej zdumiewających struktur galaktycznego pochodzenia, wykrytych w falach radiowych, jest Porphyrion. Nazwana na cześć króla gigantów z mitologii greckiej, galaktyka ta znajduje się w odległości 7,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że obserwujemy ją taką, jaka była miliardy lat temu. Odkryto ją w 2024 roku, gdy badacze przechwycili sygnały radiowe z pary dżetów wyrzucanych przez supermasywną czarną dziurę, znajdującą się przypuszczalnie w centrum tej galaktyki.
Rozpiętość tych dżetów jest wręcz niewyobrażalna – sięgały one 23 milionów lat świetlnych (czyli 7 megaparseków)! Aby to sobie uświadomić, wystarczy pomyśleć, że jest to odległość równa około 140 Galaktykom Droga Mlecznaustawionym jedna za drugą. „Porphyrion pokazuje, jak intymnie powiązane są małe i duże rzeczy we Wszechświecie. Widzimy pojedynczą czarną dziurę, która tworzy strukturę o skali podobnej do kosmicznych włókien i pustek” – wyjaśniał w 2024 roku Martijn Oei z Uniwersytetu w Lejdzie i Caltech, główny autor artykułu o odkryciu opublikowanego w „Nature”.
Oei użył niezwykle trafnej analogii, by zobrazować skalę zjawiska: „Jeśli zmniejszymy dżety do rozmiarów Ziemi, a czarną dziurę proporcjonalnie, czarna dziura miałaby rozmiar 0,2 milimetra: wielkość ameby lub roztocza na twojej skórze. Te gigantyczne dżety są więc niesamowite: to tak, jakby pojedyncza ameba była w stanie wytworzyć potężną fontannę energii o rozmiarach całej Ziemi!”
Czytaj także: Za tą linią w Drodze Mlecznej zaczyna robić się dziwnie. Astronomowie z historycznym wyczynem
Te dżety, znane jako „lobes galaktyczne”, to struktury złożone z wysokoenergetycznej plazmy i gazu, które rozciągają się daleko poza widzialny dysk galaktyki. W momencie odkrycia Porphyrion dzierżył tytuł największej znanej struktury galaktycznego pochodzenia we Wszechświecie. Od tego czasu jednak inny radiogalaktyka – TXS 0033+252 – została zidentyfikowana jako jeszcze większa, osiągając rozpiętość 26 milionów lat świetlnych i tym samym przejmując ten kosmiczny rekord.
Alcyoneus: Poprzednik i towarzysz Porphyriona
Zanim Porphyrion zdobył swój tytuł, poprzedni rekord należał do innej struktury, odkrytej przez ten sam zespół: Alcyoneus. Ta gigantyczna radiogalaktyka, leżąca w odległości około 3 miliardów lat świetlnych, rozciąga się na 16,3 miliona lat świetlnych (5 megaparseków) w przestrzeni kosmicznej. Odkrycia obu tych gigantów były możliwe dzięki danym zebranym przez LOFAR (LOw Frequency ARray) w Europie – sieci interferometrycznej składającej się z około 20 000 anten radiowych, rozmieszczonych w 52 lokalizacjach na całym kontynencie.
Tajemnice kosmicznych płatów i ich wpływ na Wszechświat
Odkrycia te dostarczają nowych danych na temat ewolucji i wzrostu galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Pomagają nam również zrozumieć ośrodek międzygalaktyczny, który dryfuje w pustkach kosmosu, ponieważ wciąż niewiele wiemy o tych gigantycznych radiogalaktykach.
„Składają się one z galaktyki macierzystej (czyli skupiska gwiazd krążących wokół jądra galaktycznego zawierającego supermasywną czarną dziurę), a także kolosalnych dżetów i lobes, które wydobywają się z centrum galaktyki” – pisała Michelle Starr dla ScienceAlert w 2022 roku. Te dżety i lobes wchodzą w interakcję z ośrodkiem międzygalaktycznym i w jakiś sposób działają jako synchrotrony, przyspieszając elektrony, które wytwarzają emisję radiową. Chociaż zjawisko to jest powszechne – nawet Droga Mleczna posiada lobes radiowe – nie rozumiemy jeszcze dobrze, dlaczego w niektórych galaktykach rosną one do absolutnie gargantuicznych rozmiarów, w skali megaparseków.
Dżety Alcyoneusa i Porphyriona stawiają przed naukowcami kilka poważnych wyzwań:
- Aby wytworzyć tak ogromne dżety, czarna dziura musi nieustannie „karmić się” materiałem – co oznacza ogromny rezerwuar materii – przez okres około miliarda lat. To nietypowe, choć oczywiście nie niemożliwe, skoro widzimy ich efekty.
- Drugim wyzwaniem jest długość dżetów. Naukowcy patrzyli na Porphyriona sprzed 7,5 miliarda lat, czyli na czas, kiedy przestrzeń międzygalaktyczna była gęstsza niż dzisiaj. Im dłuższy staje się dżet, tym bardziej staje się niestabilny. Gdy pojawi się niestabilność, dżet powinien się rozpaść. Jak dżety Alcyoneusa i Porphyriona pozostały stabilne na tak ogromnych dystansach czasoprzestrzeni, pozostaje nierozwiązaną zagadką.
Kosmiczna sieć i kształtujące ją giganty
Okazuje się jednak, że te kosmiczne giganty mogą dostarczać nam wskazówek, jak skonstruowany jest Wszechświat. Przez każdą epokę czasoprzestrzeni rozciąga się struktura zwana kosmiczną siecią – ogromny system włókien składających się z ciemnej materii, która grawitacyjnie gromadzi galaktyki; węzłów gromad galaktyk, gdzie te włókna się spotykają; oraz ogromnych pustek między włóknami.
Długość dżetów Porphyriona, według obliczeń zespołu, wynosiła około 66 procent promienia pustki, w której Porphyrion znajdował się w tamtym czasie. Jak napisała Starr w 2024 roku dla ScienceAlert, sugeruje to, że te mega-dżety mogą odgrywać rolę w kształtowaniu kosmicznej sieci. Naukowcy uważają, że mogą być odpowiedzialne za dziwnie wysokie temperatury wykrywane w pustkach i struktury pól magnetycznych tam odnalezione. Cechy te mogły zostać tam umieszczone przez dżety.
Czytaj także: Obiekty z centrum naszej galaktyki należą do niespotykanej kategorii. Ujawniła je największa mapa w historii
Jest to szczególnie interesujące, ponieważ czarna dziura Porphyriona jest typem, który często obserwuje się we wczesnym Wszechświecie. Jedna z hipotez sugeruje, że we wczesnym Wszechświecie istniało znacznie więcej ogromnych dżetów, niż zdajemy sobie sprawę, i odgrywały one znaczącą rolę w rzeźbieniu kosmicznej sieci.
Przyszłość odkryć: Czy rekordy zostaną pobite?
Zespół badawczy uważa, że nawet później kosmos mógł być pełen takich galaktyk. „Myślę, że galaktyki z gigantycznymi dżetami są bardziej powszechne, niż zdajemy sobie sprawę” – powiedział Oei dla ScienceAlert. „Dzieje się tak, ponieważ gigantyczne systemy dżetów stają się trudniejsze do zaobserwowania, gdy rosną, a także w bardziej odległym Wszechświecie.”
Obecna liczba wykrytych gigantycznych dżetów jest ograniczona przez nasze możliwości instrumentalne. Kiedy instrumenty poprawią się w ciągu najbliższych kilku lat, astronomowie spodziewają się, że zostanie znalezionych znacznie więcej galaktyk z gigantycznymi dżetami. Rzeczywiście, trwające przeglądy nieba w falach radiowych sugerują, że w danych mogą już czaić się jeszcze większe struktury. Rekord dla największej struktury galaktycznego pochodzenia może więc nie utrzymać się długo. Badania zostały opublikowane w prestiżowych czasopismach „Astronomy & Astrophysics” oraz „Nature”.
