Universul observabil este un loc extrem de mare, cu un diametru estimat de 91 de miliarde de ani-lumină. Drept urmare, astronomii sunt nevoiți să se bazeze pe instrumente puternice pentru a vedea obiecte îndepărtate. Dar chiar și acestea sunt uneori limitate și trebuie asociate cu o tehnică cunoscută sub denumirea de lentile gravitaționale. Aceasta presupune bazarea pe o distribuție mare a materiei (o galaxie sau o stea) pentru a mări lumina care vine de la un obiect îndepărtat.
Folosind această tehnică, o echipă internațională condusă de cercetători de la Observatorul Radio Owens Valley (Caltech) al Institutului Tehnologic din California (OVRO) a putut observa jeturi de gaz fierbinte care se scurg dintr-o gaură neagră supermasivă dintr-o galaxie îndepărtată (cunoscută sub numele de PKS 1413 + 135). Descoperirea a oferit cea mai bună viziune până în prezent a tipurilor de gaz fierbinte care sunt adesea detectate provenind din centrele găurilor negre supermasive (SMBH).
Rezultatele cercetării au fost descrise în două studii care au fost publicate în numărul 15 din august Jurnalul Astrofizic. Ambele au fost conduse de Harish Vedantham, un student postdoctoral Caltech Millikan și au făcut parte dintr-un proiect internațional condus de Anthony Readhead - profesorul de astronomie Robinson, Emerit și directorul OVRO.
Acest proiect OVRO este activ din 2008, efectuând observații de două ori pe săptămână a aproximativ 1.800 SMBH-uri active și galaxiile respective, folosind telescopul său de 40 de metri. Aceste observații au fost realizate în sprijinul Telescopului spațial cu raze Gamma de la NASA, care a efectuat studii similare despre aceste galaxii și SMBH-urile lor în aceeași perioadă.
După cum a indicat echipa în cele două studii ale acestora, aceste observații au oferit o perspectivă nouă asupra aglomerărilor de materie care sunt ejectate periodic din găurile negre supermasive, precum și au deschis noi posibilități de cercetare a lentilei gravitaționale. După cum a indicat dr. Vedantham într-o declarație recentă de presă din Caltech:
„Știm despre existența acestor grupe de materiale care se scurg de-a lungul jeturilor negre și că acestea se apropie de viteza luminii, dar nu se știe prea mult despre structura lor internă sau despre modul în care acestea sunt lansate. Cu sisteme de lentile ca acesta, putem vedea aglomerațiile mai aproape de motorul central al găurii negre și cu mult mai multe detalii decât înainte. ”
În timp ce toate galaxiile mari se crede că au un SMBH în centrul galaxiei lor, nu toate au jeturi de gaz fierbinte care le însoțesc. Prezența unor astfel de jeturi este asociată cu ceea ce este cunoscut sub numele de nucleu activ galactic (AGN), o regiune compactă din centrul unei galaxii care este deosebit de strălucitoare în multe lungimi de undă - inclusiv radio, cuptor cu microunde, infraroșu, optic, ultraviolet, Radiații X și radiații gamma.
Aceste jeturi sunt rezultatul materialului care este extras către un SMBH, unele dintre acestea sfârșind prin a fi expulzate sub formă de gaz fierbinte. Materialele din aceste fluxuri circulă aproape de viteza luminii, iar fluxurile sunt active pentru perioade cuprinse între 1 și 10 milioane de ani. În timp ce de cele mai multe ori, jeturile sunt relativ consistente, la fiecare câțiva ani, scuipă aglomerații suplimentare de materie fierbinte.
În 2010, cercetătorii OVRO au observat că emisiile radio PKS 1413 + 135 s-au luminat, s-au decolorat și apoi s-au luminat din nou pe parcursul unui an. În 2015, au observat același comportament și au efectuat o analiză detaliată. După ce au exclus alte posibile explicații, au ajuns la concluzia că luminozitatea generală a fost probabil cauzată de două grupe de viteză mare de material care au fost eliminate din gaura neagră.
Aceste aglomerații au călătorit de-a lungul jetului și s-au mărit când au trecut prin lentila gravitațională pe care o foloseau pentru observațiile lor. Această descoperire a fost destul de fortuită și a fost rezultatul multor ani de studiu astronomic. Așa cum a explicat Timothy Pearson, un om de știință principal de cercetare la Caltech și coautor pe hârtie:
„A fost nevoie de observații asupra unui număr foarte mare de galaxii pentru a găsi acest obiect, cu scufundări simetrice în luminozitate care indică prezența unei lentile gravitaționale. Acum căutăm cu greu toate celelalte date noastre pentru a încerca să găsim obiecte similare care să ofere o viziune mărită a nucleelor galactice. ”
Ceea ce a fost interesant și pentru observațiile echipei internaționale a fost natura „lentilelor” pe care le-au folosit. În trecut, oamenii de știință s-au bazat pe lentile masive (adică galaxii întregi) sau micro-lentile care constau din stele unice. Cu toate acestea, echipa condusă de Dr. Vedantham și dr. Readhead s-au bazat pe ceea ce ei descriu drept „mili-lentilă” de aproximativ 10.000 de mase solare.
Acesta ar putea fi primul studiu din istorie care s-a bazat pe o lentilă de dimensiuni intermediare, despre care ei cred că este cel mai probabil un grup de stele. Unul dintre avantajele unui obiectiv de dimensiuni multiple este că nu este suficient de mare pentru a bloca întreaga sursă de lumină, ceea ce face mai ușor să detecteze obiecte mai mici. Cu acest nou sistem de lentile gravitaționale, se estimează că astronomii vor putea observa aglomerații la scări de aproximativ 100 de ori mai mici decât înainte. După cum a explicat Readhead:
„Amprentele pe care le vedem sunt foarte aproape de gaura neagră centrală și sunt minuscule - doar câteva zile-lumină. Credem că aceste componente minuscule care se deplasează aproape de viteza luminii sunt măriți de o lentilă gravitațională în galaxia spirală de prim plan. Aceasta oferă o rezoluție rafinată de o milionime de secundă de arc, ceea ce este echivalent cu vizualizarea unui grâu de sare pe Lună de pe Pământ. "
Mai mult decât atât, cercetătorii indică faptul că lentila în sine este de interes științific, din simplul motiv că nu se știe prea mult despre obiectele din această categorie de masă. Prin urmare, acest potențial grup de stele ar putea acționa ca un fel de laborator, oferind cercetătorilor șansa de a studia mai multe lentile gravitaționale, oferind, de asemenea, o viziune clară a jeturilor nucleare care circulă din nucleele galactice active.
Privind în viitor, echipa speră să confirme rezultatele studiilor lor folosind o altă tehnică cunoscută drept Very-Long Baseline Interferometry (VLBI). Aceasta va implica telescoape radio din întreaga lume, luând imagini detaliate cu PKS 1413 + 135 și SMBH în centrul său. Având în vedere ceea ce au observat până acum, este probabil ca acest SMBH să scufunde o altă grămadă de materie în câțiva ani (până în 2020).
Vedantham, Readhead și colegii lor intenționează să fie pregătiți pentru acest eveniment. Depistarea acestui grup următor nu ar valida doar studiile lor recente, ci ar valida și tehnica mili-lentilelor pe care le-au folosit pentru a-și conduce observațiile. După cum a indicat Readhead, „Nu am putea face studii ca acestea fără un observator universitar, cum ar fi Owens Valley Radio Observatory, unde avem timp să dedicăm un telescop mare exclusiv unui singur program.”
Studiile au fost posibile datorită finanțării oferite de NASA, Fundația Națională de Știință (NSF), Instituția Smithsonian, Academia Sinica, Academia Finlandei și Centrul de Excelență din Chile în Astrofísica și Tecnologii Afine (CATA).
