Наблюдаваната Вселена е изключително голямо място, измерващо диаметър 91 милиарда светлинни години в диаметър. В резултат на това астрономите са принудени да разчитат на мощни инструменти, за да видят далечни обекти. Но дори те понякога са ограничени и трябва да бъдат сдвоени с техника, известна като гравитационно лещиране. Това включва разчитане на голямо разпределение на материята (галактика или звезда), за да увеличите светлината, идваща от отдалечен обект.
Използвайки тази техника, международен екип, ръководен от изследователи от Калифорнийския технологичен институт (Калтех) Оуенс долината за наблюдение на Оуенс Вали (OVRO), успя да наблюдава струи горещ газ, извличащ се от свръхмасивна черна дупка в далечна галактика (известен като PKS 1413 + 135). Откритието осигури най-добрия досега вид на горещите газове, които често се откриват, идващи от центровете на свръхмасивни черни дупки (SMBH).
Резултатите от изследването бяха описани в две проучвания, които бяха публикувани в 15-ти августовски брой на The Astrophysical Journal. И двете бяха ръководени от Хариш Ведантам, докторантура от Калтех Миликан и бяха част от международен проект, ръководен от Антъни Ридхед - професорът по астрономия Робинсън, Emeritus и директор на OVRO.
Този проект OVRO е активен от 2008 г., като провежда два пъти седмично наблюдения на около 1800 активни SMBH и съответните им галактики, използвайки 40-метровия си телескоп. Тези наблюдения са проведени в подкрепа на космическия телескоп Ферми Гама-лъч, който през същия период провежда подобни изследвания на тези галактики и техните SMBH.
Както екипът посочи в своите две проучвания, тези наблюдения дадоха нов поглед върху бучките материя, които периодично се изхвърлят от свръхмасивни черни дупки, както и отвориха нови възможности за изследване на гравитационните лещи. Както д-р Vedantham посочи в неотдавнашно изявление на Caltech:
„Ние знаем за съществуването на тези струпвания на материал, струящ по струите на черната дупка, и че те се движат близо до скоростта на светлината, но не се знае много за тяхната вътрешна структура или как се изстрелват. При системи за обективи като тази, ние можем да видим бучките по-близо до централния двигател на черната дупка и в много по-подробности от преди. "
Въпреки че се смята, че всички големи галактики имат SMBH в центъра на галактиката си, не всички имат придружаващи ги струи горещ газ. Наличието на такива струи е свързано с това, което е известно като Активен галактически нуклеус (AGN), компактен регион в центъра на галактика, който е особено ярък в много дължини на вълната - включително радио, микровълнова, инфрачервена, оптична, ултравиолетова и др. Рентгеново и гама лъчение.
Тези струи са резултат от материал, който се изтегля към SMBH, като някои от тях се изхвърлят под формата на горещ газ. Материалът в тези потоци пътува с близка скорост на светлината, а потоците са активни за периоди от 1 до 10 милиона години. Докато през повечето време струите са сравнително последователни, на всеки няколко години изплюват допълнителни бучки гореща материя.
Още през 2010 г. изследователите на OVRO забелязаха, че радиочестотите на PKS 1413 + 135 са се изяснили, избледнели и след това отново са се озарили през годината. През 2015 г. те забелязаха същото поведение и направиха подробен анализ. След като отхвърлиха други възможни обяснения, те стигнаха до заключението, че цялостното изсветляване вероятно е причинено от изхвърляне на два високоскоростни струпвания материал от черната дупка.
Тези бучки пътували по струята и се увеличавали, когато минавали зад гравитационната леща, която използвали за наблюденията си. Това откритие беше доста случайно и беше резултат от дългогодишно астрономическо проучване. Както обясни Тимоти Пиърсън, старши научен сътрудник в Caltech и съавтор на статията:
„Направени са наблюдения на огромен брой галактики, за да се намери този един обект със симетричните потапяния в яркостта, които сочат наличието на гравитационна леща. Сега гледаме трудно на всички останали наши данни, за да се опитаме да намерим подобни обекти, които могат да дадат увеличен изглед на галактическите ядра. "
Това, което беше също вълнуващо в наблюденията на международния екип, беше естеството на „обектива“, който са използвали. В миналото учените са разчитали на масивни лещи (т.е. цели галактики) или микро лещи, които се състоят от единични звезди. Въпреки това екипът, ръководен от д-р Ведантъм и д-р Ридхед, разчита на това, което те описват като „мили-леща” от около 10 000 слънчеви маси.
Това може да бъде първото проучване в историята, което разчита на междинна леща, която според тях най-вероятно е звездна група. Едно от предимствата на обектива с размер мили е, че той не е достатъчно голям, за да блокира целия източник на светлина, което улеснява забелязването на по-малки обекти. С тази нова гравитационна система за лещиране се смята, че астрономите ще могат да наблюдават бучки при мащаби около 100 пъти по-малки от преди. Както обясни Рийдхед:
„Бучките, които виждаме, са много близо до централната черна дупка и са малки - само няколко светлинни дни. Смятаме, че тези миниатюрни компоненти, движещи се с близка до скоростта на светлината, се увеличават от гравитационна леща в спиралната галактика на предния план. Това осигурява изящна резолюция на милионна част от дъгата, което е еквивалентно на гледане на зърно сол на Луната от Земята. "
Нещо повече, изследователите посочват, че самата леща представлява научен интерес по простата причина, че не се знае много за обектите от този масов обхват. Следователно този потенциален звезден клъстер би могъл да действа като своеобразна лаборатория, като дава шанс на изследователите да изучават гравитационните мили-лещи, като същевременно предоставя ясен изглед на ядрените струи, изтичащи от активни галактически ядра.
Поглеждайки напред, екипът се надява да потвърди резултатите от своите проучвания, използвайки друга техника, известна като Interferometry Very-Long Baseline Interferometry (VLBI). Това ще включва радио телескопи от цял свят, които ще направят подробни снимки на PKS 1413 + 135 и SMBH в центъра му. Като се има предвид това, което те наблюдаваха досега, вероятно тази SMBH ще изплюе още една буца материя след няколко години (до 2020 г.).
Vedantham, Readhead и техните колеги планират да бъдат готови за това събитие. Отбелязването на този следващ букет не само ще потвърди последните им проучвания, но и ще утвърди техниката на мили-лещата, която използваха за провеждането на своите наблюдения. Както Ридхед посочи, „Не бихме могли да правим такива проучвания без университетска обсерватория като Радио обсерваторията на долината Оуенс, където имаме време да посветим голям телескоп изключително на една и съща програма.“
Проучванията станаха възможни благодарение на финансирането, осигурено от НАСА, Националната научна фондация (NSF), Smithsonian Institution, Academia Sinica, Академия на Финландия и Чилийския Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
