Pozorovatelný vesmír je extrémně velké místo, které měří v průměru odhadem 91 miliard světelných let. V důsledku toho jsou astronomové nuceni spoléhat na výkonné nástroje, aby mohli vidět vzdálené objekty. Ale i ty jsou někdy omezené a musí být spárovány s technikou známou jako gravitační čočky. To vyžaduje spoléhat se na velkou distribuci hmoty (galaxie nebo hvězdu) pro zvětšení světla přicházejícího ze vzdáleného objektu.
Použitím této techniky byl mezinárodní tým vedený vědci z Kalifornského technologického institutu (Caltech) Owens Valley Radio Observatory (OVRO) schopen pozorovat trysky horkého plynu chrleného z supermasivní černé díry ve vzdálené galaxii (známé jako PKS 1413 + 135). Tento objev dosud poskytoval nejlepší pohled na typy horkých plynů, které jsou často detekovány, přicházející ze středů supermasivních černých děr (SMBH).
Výsledky výzkumu byly popsány ve dvou studiích, které byly zveřejněny v 15 Astrofyzikální deník. Oba byli vedeni Harish Vedanthamem, postgraduálním učencem Caltech Millikan, a byli součástí mezinárodního projektu vedeného Anthony Readheadem - Robinsonovým profesorem astronomie, Emeritem a ředitelem OVRO.
Tento projekt OVRO je aktivní od roku 2008 a pomocí 40metrového dalekohledu provádí dvakrát týdně pozorování přibližně 1 800 aktivních SMBH a jejich příslušných galaxií. Tato pozorování byla prováděna na podporu kosmického dalekohledu Fermi Gamma-Ray NASA, který ve stejném období provádí podobné studie těchto galaxií a jejich SMBH.
Jak tým naznačil ve svých dvou studiích, tato pozorování poskytla nový vhled do shluků hmoty, které jsou pravidelně vyhazovány ze supermasivních černých děr, a také otevírají nové možnosti pro výzkum gravitačních čoček. Jak naznačil dr. Vedantham v nedávném prohlášení společnosti Caltech v tisku:
"Věděli jsme o existenci těchto shluků proudění materiálu podél proudů černé díry a že se pohybují blízko rychlosti světla, ale o jejich vnitřní struktuře ani o tom, jak jsou vypuštěny, není známo mnoho." U systémů s objektivy, jako je tento, můžeme vidět shluky blíže k centrálnímu motoru černé díry a mnohem podrobněji než dříve. “
Zatímco se předpokládá, že všechny velké galaxie mají ve středu své galaxie SMBH, ne všechny mají doprovázené trysky horkého plynu. Přítomnost takových trysek je spojena s tzv. Aktivním galaktickým jádrem (AGN), kompaktní oblastí ve středu galaxie, která je obzvláště jasná v mnoha vlnových délkách - včetně rádia, mikrovlnné trouby, infračerveného záření, optických, ultrafialových, Rentgenové a gama záření.
Tyto trysky jsou výsledkem materiálu, který je tlačen směrem k SMBH, přičemž některé z nich jsou nakonec vypuzovány ve formě horkého plynu. Materiál v těchto proudech putuje téměř rychlostí světla a proudy jsou aktivní po dobu 1 až 10 milionů let. Zatímco trysky jsou většinou konzistentní, každých pár let vyplivují další shluky horké hmoty.
V roce 2010 si vědci OVRO všimli, že rádiové emise PKS 1413 + 135 se během roku rozjasnily, vybledly a poté znovu rozjasnily. V roce 2015 si všimli stejného chování a provedli podrobnou analýzu. Po vyloučení dalších možných vysvětlení dospěli k závěru, že celkové zjasnění bylo pravděpodobně způsobeno dvěma vysokorychlostními shluky materiálu, které byly vypuzeny z černé díry.
Tyto shluky putovaly podél trysky a zvětšily se, když procházely za gravitační čočkou, kterou používaly pro svá pozorování. Tento objev byl docela náhodný a byl výsledkem mnoha let astronomického studia. Jak Timothy Pearson, vedoucí vědecký pracovník v Caltechu a spoluautor této práce, vysvětlil:
"Bylo třeba pozorovat obrovské množství galaxií, abychom našli tento jediný objekt se symetrickými poklesy v jasu, které ukazují na přítomnost gravitační čočky." Nyní se intenzivně díváme na všechna naše další data, abychom se pokusili najít podobné objekty, které mohou poskytnout zvětšený pohled na galaktická jádra. “
Co bylo také vzrušující z pozorování mezinárodního týmu, byla povaha „čočky“, kterou použili. V minulosti se vědci spoléhali na masivní čočky (tj. Celé galaxie) nebo mikro čočky, které sestávaly z jednotlivých hvězd. Tým vedený dr. Vedanthamem a dr. Readheadem se však spoléhal na to, co popisují jako „mili-čočku“ asi 10 000 solárních hmot.
Toto by mohla být první studie v historii, která se spoléhala na středně velké čočky, o nichž se domnívají, že jsou pravděpodobně hvězdokupy. Jednou z výhod milimetrové čočky je to, že není dostatečně velká, aby blokovala celý zdroj světla, což usnadňuje lokalizaci menších předmětů. S tímto novým systémem gravitačních čoček se odhaduje, že astronomové budou schopni pozorovat shluky v měřítcích asi 100krát menších než dříve. Jak Readhead vysvětlil:
"Shluky, které vidíme, jsou velmi blízko centrální černé díře a jsou malé - jen pár světelných dnů. Myslíme si, že tyto drobné komponenty pohybující se blízko rychlosti světla jsou zvětšovány gravitační čočkou v populární spirálové galaxii. To poskytuje vynikající rozlišení miliontiny sekundy oblouku, což je ekvivalentní pohledu na zrno soli na Měsíci ze Země. “
Vědci navíc naznačují, že čočka sama o sobě je předmětem vědeckého zájmu, a to z jednoduchého důvodu, že o objektech v tomto rozsahu hmotností není známo mnoho. Tento potenciální hvězdokup by tedy mohl fungovat jako určitý druh laboratoře, což by vědcům poskytlo šanci studovat gravitační milimilární čočky a zároveň poskytnout jasný pohled na proudění jaderných proudů z aktivních galaktických jader.
Při pohledu do budoucna tým doufá, že potvrdí výsledky svých studií pomocí jiné techniky známé jako velmi dlouhá základní linie (VLBI). To se bude týkat rádiových dalekohledů z celého světa a pořizování podrobných snímků PKS 1413 + 135 a SMBH v jeho středu. Vzhledem k tomu, co již pozorovali, je pravděpodobné, že tento SMBH za několik let (do roku 2020) vyplivne další shluky látek.
Vedantham, Readhead a jejich kolegové plánují být na tuto akci připraveni. Pozorování tohoto dalšího shluku by nejen potvrdilo jejich nedávné studie, ale také by potvrdilo techniku Milli-lens, kterou použili k provádění svých pozorování. Jak Readhead naznačil: „Taková studia bychom nemohli dělat bez univerzitní observatoře, jako je Owens Valley Radio Observatory, kde máme čas věnovat velký dalekohled výhradně jednomu programu.“
Studie byly umožněny díky financování poskytovanému NASA, National Science Foundation (NSF), Smithsonian Institution, Academia Sinica, Finská akademie a Chilean Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
