Porphyrion e Alcyoneus: os jatos gigantes revelados pelo LOFAR

Existem estruturas de um tamanho quase impossível de imaginar no Universo.

Quando o assunto é galáxias, porém, duas descobertas dos últimos cinco anos fizeram a palavra “massivo” ganhar outra escala.

Porphyrion: uma estrutura galáctica colossal em ondas de rádio

Um exemplo marcante é Porphyrion, uma das maiores estruturas de origem galáctica já identificadas por humanos em observações de rádio.

Batizada em referência ao rei dos gigantes da mitologia grega, Porphyrion está a 7.5 bilhões de anos-luz de distância - ou seja, longe de qualquer “vizinhança” galáctica.

Ela foi detectada pela primeira vez em 2024, quando pesquisadores captaram sinais de rádio associados a um par de jatos expelidos pelo buraco negro que, ao que tudo indica, fica no centro da galáxia.

Esses jatos se estendem por inacreditáveis 23 milhões de anos-luz (ou 7 megaparsecs), irradiando a partir do buraco negro no núcleo galáctico.

Isso equivale, aproximadamente, a 140 Via Lácteas alinhadas ponta a ponta.

Pense bem: 140 galáxias. Em sequência.

“Porphyrion mostra que as coisas pequenas e as coisas grandes no Universo estão intimamente ligadas. Estamos vendo um único buraco negro que produz uma estrutura numa escala parecida com a de filamentos e vazios cósmicos”, disse ao ScienceAlert, em 2024, o astrônomo Martijn Oei, da Universidade de Leiden (Países Baixos) e do Caltech, autor principal do artigo de descoberta publicado na Nature.

“Se reduzirmos os jatos ao tamanho da Terra e o buraco negro na mesma proporção, o buraco negro teria 0.2 milímetros: o tamanho de uma ameba ou de um ácaro na sua pele. Então esses jatos gigantes são incríveis: é como se uma única ameba conseguisse gerar uma fonte poderosa de energia do tamanho do planeta Terra!” – Astrônomo Martijn Oei

Esses jatos são conhecidos como “lóbulos galácticos” - estruturas de plasma e gás de alta energia que avançam muito além do disco visível da galáxia.

Quando Porphyrion foi anunciada, passou a ser a maior estrutura de origem galáctica conhecida no Universo.

(Depois disso, outra rádio-galáxia - TXS 0033+252 - foi identificada com 26 milhões de anos-luz de extensão, assumindo, na prática, o recorde.)

Alcyoneus e o telescópio LOFAR: onde tudo foi encontrado

Na época, Porphyrion havia tomado o título de uma outra estrutura revelada pela mesma equipa: Alcyoneus.

Escondida a cerca de 3 bilhões de anos-luz, Alcyoneus é uma rádio-galáxia gigante que se projeta por 5 megaparsecs no espaço - ou 16.3 milhões de anos-luz de comprimento.

As duas estruturas foram identificadas em dados reunidos pelo LOFAR, um sistema interferométrico europeu com cerca de 20,000 antenas de rádio distribuídas por 52 locais em toda a Europa.

Essas descobertas estão a abrir novas janelas para entender como galáxias evoluíram e cresceram no Universo primordial - e também ajudam a investigar o meio intergaláctico que se espalha pelos vazios do espaço.

O que ainda não entendemos sobre rádios-galáxias gigantes

A razão é simples: ainda sabemos pouco, de facto, sobre essas rádios-galáxias gigantes.

“Elas consistem em uma galáxia hospedeira (isto é, o conjunto de estrelas orbitando um núcleo galáctico que contém um buraco negro supermassivo), além de jatos e lóbulos colossais que irrompem a partir do centro galáctico”, escreveu Michelle Starr para o ScienceAlert em 2022.

Ao interagirem com o meio intergaláctico, esses jatos e lóbulos, de algum modo, funcionam como um tipo de síncrotron, acelerando elétrons que acabam por produzir emissão em rádio.

Embora esse fenómeno seja comum - a própria Via Láctea tem lóbulos de rádio - o que continua sem explicação convincente é por que, em certas galáxias, essas estruturas atingem dimensões absolutamente descomunais, em escala de megaparsecs.

Por que os jatos de Porphyrion e Alcyoneus são um quebra-cabeça

Em particular, os jatos de Alcyoneus e Porphyrion impõem vários desafios.

O primeiro é que, para sustentar jatos tão enormes, o buraco negro precisaria alimentar-se continuamente - o que sugere um reservatório gigantesco de material - por um intervalo de cerca de um bilhão de anos.

Isso não é o que se observa como padrão, embora claramente não seja impossível, já que estamos a ver o resultado.

O segundo desafio é o comprimento em si. Para enxergar Porphyrion, a equipa observou 7.5 bilhões de anos no passado, numa época em que o espaço intergaláctico era mais denso do que é hoje. Quanto mais um jato cresce, mais instável tende a ficar. Assim que uma instabilidade aparece, a expectativa é que o jato se desfaça.

Como, então, os jatos de Alcyoneus e Porphyrion conseguiram manter estabilidade através de distâncias tão vastas no espaço-tempo? Essa pergunta ainda não tem resposta.

Teia cósmica, vazios e o possível papel dos megajatos

Mesmo com tantas incógnitas, essas estruturas podem estar a oferecer pistas sobre a própria arquitetura do Universo.

Atravessando todas as épocas do espaço-tempo existe uma organização conhecida como teia cósmica - um sistema imenso de filamentos, feitos de matéria escura que, pela gravidade, “encurrala” galáxias; os nós de aglomerados de galáxias onde os filamentos se encontram; e os enormes vazios entre esses filamentos.

De acordo com os cálculos da equipa, o comprimento dos jatos de Porphyrion corresponde a cerca de 66 percent do raio do vazio em que Porphyrion se encontrava naquele momento.

Como Starr descreveu em 2024 para o ScienceAlert, isso sugere que esses megajatos podem estar a influenciar a formação da teia cósmica.

Segundo os pesquisadores, eles poderiam explicar as temperaturas estranhamente elevadas registradas em vazios, assim como as estruturas de campo magnético detectadas nessas regiões. Essas características podem ter sido “depositadas” ali pelos jatos.

O tema chama ainda mais atenção porque o buraco negro envolvido é de um tipo relativamente comum no Universo antigo. Uma hipótese é que existiam muito mais jatos gigantes no início do Universo do que supomos, e que eles desempenharam um papel relevante ao esculpir a teia cósmica.

Mesmo mais tarde, acredita a equipa, o cosmos pode estar repleto de galáxias desse tipo.

“Acho que galáxias com jatos gigantes são mais comuns do que imaginamos”, disse Oei ao ScienceAlert.

“Isso porque sistemas de jatos gigantes ficam mais difíceis de observar à medida que aumentam de tamanho. Eles também são mais difíceis de observar no Universo mais distante.

“Então, o número de jatos gigantes detectados atualmente é limitado pelas capacidades dos nossos instrumentos. Quando os instrumentos melhorarem nos próximos anos, eu espero que muitas mais galáxias com jatos gigantes sejam encontradas.”

De facto, levantamentos em andamento do céu em ondas de rádio indicam que estruturas ainda maiores podem já estar escondidas nos dados.

Assim, o recorde de maior estrutura de origem galáctica talvez não dure muito.

A pesquisa foi publicada em Astronomy & Astrophysics e Nature.

Este artigo teve a checagem de fatos feita por Michael Irving e foi editado por Peter Dockrill. Apesar do cuidado com o processo, somos humanos. Se você encontrar algum erro, por favor, avise-nos.