A valaha látott legnagyobb anyagnyalábpár mellett saját galaxisunk csak egy apró pont lenne, mondja Martijn Oei, a Caltech posztdoktori kutatója, az új eredményekről beszámoló új Nature-tanulmány vezető szerzője. A megastruktúra, amelyet a görög mitológiában szereplő óriásról Porphyrionnak neveztek el, egy olyan korból származik, amikor a világegyetem 6,3 milliárd éves volt, vagyis a jelenlegi 13,8 milliárd éves korának kevesebb mint felét érte el. Ezek a heves anyagáramlások – amelyek összteljesítménye több billió Napnyinak felel meg – egy távoli galaxis szívében lévő szupernehéz fekete lyuk pólusaiból lövellnek ki.

A Porphyrion felfedezése előtt a legnagyobb megerősített felfedezésű hasonló jetrendszer az Alcyoneus volt, amelyet szintén egy görög mitológiai óriásról neveztek el. Ezt 2022-ben fedezett fel ugyanaz a csapat, amely most a Porphyriont is megtalálta, és körülbelül 100 Tejútrendszernyivel kisebb a mostani óriásnál. Összehasonlításképpen, a jól ismert Centaurus A jetrendszer, a Földhöz legközelebbi ilyen struktúra, „mindössze” 10 Tejútrendszer hosszú.

A Porphyrion egy olyan korai időszakban létezett, amikor a galaxisokat összekötő és tápláló, kozmikus hálónak nevezett fonalak sűrűbben helyezkedtek el, mint jelenleg. Ez azt jelenti, hogy a Porphyrionhoz hasonló hatalmas jetek a kozmikus háló nagyobb részét fedték le, mint a helyi univerzumban lévő jelenlegi nyalábok.

„A csillagászok úgy vélik, hogy a galaxisok és központi fekete lyukaik együtt fejlődnek, és ennek egyik kulcsfontosságú aspektusa, hogy az anyagnyalábok hatalmas mennyiségű energiát terjeszthetnek, ami hatással van a gazdagalaxisuk és a közelében lévő más galaxisok növekedésére” – mondja George Djorgovski, a Caltech csillagászati és adattudományi professzora, a tanulmány társszerzője. „Ez a felfedezés azt mutatja, hogy hatásuk sokkal messzebbre is kiterjedhet, mint eddig gondoltuk.”

Megajetek mindenütt

A Porphyrion nyalábrendszert egy olyan égboltfelmérés során találták meg, amely döbbenetes számban tárt fel hasonló halvány megastruktúrákat, összesen több mint tízezret. A gigantikus méretű anyagnyalábok e hatalmas populációját az európai LOFAR (LOw Frequency ARray) rádióteleszkóp segítségével találták meg. Bár a LOFAR-megfigyelések előtt is több száz nagy jetrendszert ismertek a kutatók, úgy gondolták, hogy ezek ritkák és átlagosan kisebb méretűek, mint a rádióteleszkóp segítségével az elmúlt időszakban felfedezett több ezer rendszer.

– mondja Martin Hardcastle, a tanulmány második szerzője, az angliai Hertfordshire-i Egyetem asztrofizika professzora. „Általában, amikor olyan új megfigyelési lehetőséghez jutunk, mint amilyen például a LOFAR, amely a széles látómezőt a kiterjedt struktúrákra való nagyon nagy érzékenységgel kombinálja, mindig találunk valami újat, de mégis nagyon meglepő volt látni, hogy ilyen sok ilyen objektum bukkan fel.”

Oei és kollégái még 2018-ban kezdték el használni a LOFAR-t, de nem elsősorban a fekete lyukak anyagnyalábjait, hanem a galaxisok közötti teret átszövő kozmikus fonalak hálóját kívánták tanulmányozni vele. Ahogy azonban a csapat a rádiófelvételeket vizsgálta a halvány kozmikus filamentumok kötött több feltűnően hosszú nyalábrendszert is észrevett. „Amikor először láttuk ezeket az óriás jeteket, nagyon meglepődtünk” – mondja Oei. „Fogalmunk sem volt róla, hogy ilyen sok lehet belőlük.”

A további rejtett anyagnyalábok szisztematikus keresése érdekében a csapat ismét átvizsgálta a rádiófelvételeket, gépi tanulási eszközökkel is végigpásztázva a képeket, hogy célzottan ilyen struktúrákat keressenek. Az Astronomy & Astrophysics című folyóiratban rövidesen meg is jelenik egy tanulmány, amelyben további több mint 8000 óriási jetpárról számolnak.

A múlt kísértetei

Ahhoz, hogy azonosítsák azt a galaxist, amelyből a Porphyrion származik, a kutatócsoport az Indiában található Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), valamint az arizonai Kitt Peak Nemzeti Obszervatóriumban működő Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) nevű projekt adatait hívták segítségül. A megfigyelések egy, a Tejútrendszerünknél mintegy tízszer nagyobb tömegű galaxis felé mutattak.

A kutatócsoport ezután a hawaii W. M. Keck Obszervatórium segítségével igazolta, hogy a Porphyrion 7,5 milliárd fényévre van a Földtől, ami elég meglepő volt. „Eddig úgy tűnt, hogy ezek az óriás nyalábrendszerek a közelmúlt világegyetemének jellemző jelenségei” – mondja Oei. „Ha az ilyen távoli jetek elérhetik a kozmikus háló méreteit, akkor az azt jelenti, hogy a fekete lyukak tevékenysége az univerzum minden helyére hatással lehetett a kozmikus idő folyamán” – folytatja a szakértő.

A Keck megfigyelései azt is kimutatták, hogy a Porphyrion egy úgynevezett sugárzási módusú aktív fekete lyuknál jött létre, szemben a jet módusú fekete lyukakkal. Amikor a szupernehéz fekete lyukak aktívvá válnak – más szóval, amikor hatalmas gravitációs erejük a környező anyagot befogja és felhevíti –, akkor a feltételezések szerint vagy sugárzás, vagy anyagnyalábok formájában bocsátanak ki energiát. A sugárzó fekete lyukak a fiatal vagy távoli világegyetemben voltak gyakoribbak, míg a jeteket kibocsátók a mai világegyetemben jellemzőek, legalábbis így hitték korábban a szakértők. 

Ráadásul mivel a Porphyrion a távoli világegyetemben található, ahol a sugárzó fekete lyukak bőven vannak, a felfedezés azt jelenti, hogy további sok más kolosszális jeteket is találhatunk. „Lehet, hogy csak a jéghegy csúcsát látjuk” – mondja Oei. „A LOFAR-felmérés az égboltnak csak 15 százalékát fedte le. És a legtöbb ilyen óriás jetet valószínűleg nehéz észrevenni, ezért úgy gondoljuk, hogy még sokkal több ilyen óriás lehet odakint”.

Szaporodó rejtélyek

Az, hogy a jetek hogyan tudnak ilyen messze túlterjedni a gazdagalaxisukon anélkül, hogy destabilizálódnának, még mindig nem világos. „Martijn kutatása megmutatta, hogy nincs semmi különös ezen jetek környezetében, ami miatt ilyen nagy méreteket érhetnek el” – mondja Hardcastle, aki a fekete lyukak jetjeinek fizikájával foglalkozik. „Az én értelmezésem szerint egy szokatlanul hosszú életű és stabil akkréciós eseményre van szükség a központi, szupernehéz fekete lyuk körül ahhoz, hogy az égitest ilyen hosszú ideig aktív maradhasson – körülbelül egymilliárd évig –, és hogy a jetek mindvégig ugyanabba az irányba mutassanak. A nagyszámú óriási struktúrából azt látjuk, hogy ez viszonylag gyakori esemény lehet.”

Következő lépésként Oei szeretné jobban megérteni, hogyan befolyásolják ezek a megastruktúrák a környezetüket. Az anyagnyalábok kozmikus sugárzást, hőt, nagy tömegű atomokat és mágneses tereket terjesztenek a galaxisok közötti térben.

„A bolygónkon lévő mágnesesség teszi lehetővé az élet virágzását, ezért szeretnénk megérteni, hogyan jött létre” – mondja. „Tudjuk, hogy a mágnesesség áthatja a kozmikus hálót, majd utat tör magának a galaxisokba és a csillagokba, végül pedig a bolygókra, de a kérdés az, hogy honnan indul ki? Vajon ezek az óriás jetek terjeszthették el a mágnesességet a kozmoszban?”