Obserwowalny Wszechświat to niezwykle duże miejsce, którego średnica szacowana jest na 91 miliardów lat świetlnych. W rezultacie astronomowie zmuszeni są polegać na potężnych instrumentach, aby widzieć odległe obiekty. Ale nawet te są czasami ograniczone i muszą być połączone z techniką znaną jako soczewkowanie grawitacyjne. Polega to na poleganiu na dużym rozkładzie materii (galaktyki lub gwiazdy) w celu powiększenia światła pochodzącego z odległego obiektu.
Korzystając z tej techniki, międzynarodowy zespół kierowany przez badaczy z California Institute of Technology's (Caltech) Owens Valley Radio Observatory (OVRO) był w stanie obserwować strumienie gorącego gazu wytryskujące z supermasywnej czarnej dziury w odległej galaktyce (znanej jako PKS 1413 + 135). Odkrycie zapewniło najlepszy do tej pory widok rodzajów gorącego gazu, które często wykrywane są z centrów supermasywnych czarnych dziur (SMBH).
Wyniki badań zostały opisane w dwóch badaniach opublikowanych w numerze z 15 sierpnia The Astrophysical Journal. Obaj byli prowadzeni przez Harisha Vedanthama, stypendysty naukowego Caltech Millikan, i byli częścią międzynarodowego projektu prowadzonego przez Anthony'ego Readhead - profesora astronomii Robinsona, emerytowanego i dyrektora OVRO.
Ten projekt OVRO działa od 2008 r., Prowadząc dwa razy w tygodniu obserwacje około 1800 aktywnych SMBH i ich odpowiednich galaktyk za pomocą 40-metrowego teleskopu. Obserwacje te zostały przeprowadzone na poparcie kosmicznego teleskopu gamma-ray Fermi NASA, który w tym samym okresie prowadzi podobne badania tych galaktyk i ich SMBH.
Jak wskazał zespół w swoich dwóch badaniach, obserwacje te dostarczyły nowego wglądu w skupiska materii, które są okresowo wyrzucane z supermasywnych czarnych dziur, a także otwierają nowe możliwości badań nad soczewkami grawitacyjnymi. Jak zauważył dr Vedantham w niedawnym oświadczeniu prasowym Caltech:
„Wiemy o istnieniu tych skupisk materiału płynących wzdłuż strumieni czarnych dziur i że poruszają się one z prędkością zbliżoną do prędkości światła, ale niewiele wiadomo o ich wewnętrznej strukturze ani o tym, jak zostały wystrzelone. Dzięki takim systemom soczewkowania widzimy skupiska bliżej centralnego silnika czarnej dziury i znacznie bardziej szczegółowo niż wcześniej. ”
Chociaż uważa się, że wszystkie duże galaktyki mają SMBH w centrum swojej galaktyki, nie wszystkie towarzyszą im strumienie gorącego gazu. Obecność takich dżetów wiąże się z tak zwanym aktywnym jądrem galaktycznym (AGN), zwartym regionem w centrum galaktyki, który jest szczególnie jasny na wielu długościach fal - w tym radio, mikrofale, podczerwień, optyczne, ultrafioletowe, Promieniowanie rentgenowskie i gamma.
Strumienie te powstają w wyniku przyciągania materiału do SMBH, z których część zostaje wyrzucona w postaci gorącego gazu. Materiał w tych strumieniach porusza się z prędkością bliską prędkości światła, a strumienie są aktywne przez okres od 1 do 10 milionów lat. Podczas gdy przez większość czasu strumienie są względnie spójne, co kilka lat wypluwają dodatkowe grudki gorącej materii.
W 2010 roku badacze OVRO zauważyli, że emisje radiowe PKS 1413 + 135 rozjaśniły się, zanikły, a następnie ponownie rozjaśniły w ciągu roku. W 2015 r. Zauważyli to samo zachowanie i przeprowadzili szczegółową analizę. Po wykluczeniu innych możliwych wyjaśnień, doszli do wniosku, że ogólne rozjaśnienie było prawdopodobnie spowodowane wyrzuceniem dwóch szybkich brył materiału z czarnej dziury.
Kępy te podróżowały wzdłuż strumienia i powiększyły się, gdy minęły soczewkę grawitacyjną, której używali do swoich obserwacji. To odkrycie było dość przypadkowe i było wynikiem wielu lat badań astronomicznych. Jak wyjaśnił Timothy Pearson, starszy naukowiec z Caltech i współautor artykułu:
„Przeprowadzono obserwacje ogromnej liczby galaktyk, aby znaleźć ten jeden obiekt o symetrycznych spadkach jasności, które wskazują na obecność soczewki grawitacyjnej. Patrzymy teraz na wszystkie nasze inne dane, aby znaleźć podobne obiekty, które mogą uzyskać powiększony obraz jąder galaktycznych. ”
Ekscytujące w obserwacjach międzynarodowego zespołu była także natura „soczewki”, której używali. W przeszłości naukowcy polegali na masywnych soczewkach (tj. Całych galaktykach) lub mikrosoczewkach, które składały się z pojedynczych gwiazd. Jednak zespół kierowany przez dr Vedanthama i dr Readhead polegał na czymś, co określają jako „milion soczewek” o masie około 10 000 mas Słońca.
To może być pierwsze badanie w historii, które opierało się na soczewkach średniej wielkości, które ich zdaniem najprawdopodobniej są gromadą gwiazd. Jedną z zalet soczewki o milimetrowym rozmiarze jest to, że nie jest wystarczająco duża, aby zablokować całe źródło światła, co ułatwia dostrzeżenie mniejszych obiektów. Szacuje się, że dzięki nowemu systemowi soczewkowania grawitacyjnego astronomowie będą mogli obserwować skupiska w skalach około 100 razy mniejszych niż wcześniej. Jak wyjaśnił Readhead:
„Kępy, które widzimy, znajdują się bardzo blisko centralnej czarnej dziury i są niewielkie - mają zaledwie kilka dni świetlnych średnicy. Uważamy, że te małe elementy poruszające się z prędkością bliską prędkości światła są powiększane przez soczewkę grawitacyjną w galaktyce spiralnej na pierwszym planie. Zapewnia to znakomitą rozdzielczość jednej milionowej sekundy łuku, co odpowiada oglądaniu ziarenka soli na Księżycu z Ziemi. ”
Co więcej, naukowcy wskazują, że sama soczewka ma znaczenie naukowe, z tego prostego powodu, że niewiele wiadomo o przedmiotach w tym zakresie mas. Ta potencjalna gromada gwiazd mogłaby zatem działać jako rodzaj laboratorium, dając naukowcom szansę zbadania grawitacyjnego milli-soczewkowania, zapewniając jednocześnie wyraźny widok strumieni jądrowych płynących z aktywnych jąder galaktycznych.
Patrząc w przyszłość, zespół ma nadzieję potwierdzić wyniki swoich badań przy użyciu innej techniki znanej jako bardzo długa interferometria linii podstawowej (VLBI). Obejmie to radioteleskopy z całego świata wykonujące szczegółowe zdjęcia PKS 1413 + 135 i SMBH w jego centrum. Biorąc pod uwagę to, co zaobserwowali do tej pory, jest prawdopodobne, że ta SMBH wypluje kolejną bryłę materii za kilka lat (do 2020 r.).
Vedantham, Readhead i ich koledzy planują być gotowi na to wydarzenie. Zauważenie tej następnej grupy nie tylko potwierdzi ich niedawne badania, ale także potwierdzi technikę soczewek, której użyli do prowadzenia swoich obserwacji. Jak wskazał Readhead: „Nie moglibyśmy prowadzić takich badań bez obserwatorium uniwersyteckiego, takiego jak Obserwatorium radiowe w Owens Valley, w którym mamy czas na poświęcenie dużego teleskopu wyłącznie jednemu programowi”.
Badania były możliwe dzięki funduszom zapewnionym przez NASA, National Science Foundation (NSF), Smithsonian Institution, Academia Sinica, Academy of Finland oraz chilijskie Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
