Спостережуваний Всесвіт - надзвичайно велике місце, яке вимірює в діаметрі 91 мільярд світлових років. В результаті астрономи змушені розраховувати на потужні інструменти, щоб побачити далекі об'єкти. Але навіть вони іноді обмежені, і їх потрібно поєднувати з технікою, відомою як гравітаційне лінзування. Це передбачає покладатися на велике розповсюдження речовини (галактики чи зірки) для збільшення світла, що надходить з далекого об’єкта.
Використовуючи цю методику, міжнародна команда на чолі з дослідниками Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) Радіо Обсерваторія Долини Оуенса (OVRO) змогла спостерігати струмені гарячого газу, що вилітає з надмасивної чорної діри в далекій галактиці (відомий як PKS 1413 + 135). Відкриття дало найкращий на сьогоднішній день вид гарячого газу, який часто виявляють із центрів надмасивних чорних дір (SMBH).
Результати досліджень були описані у двох дослідженнях, які були опубліковані у випуску 15 серпня Астрофізичний журнал. Обох очолив Харіш Ведантам, докторський науковий співробітник Caltech Millikan, і був частиною міжнародного проекту під керівництвом Ентоні Редхеда - професора астрономії Робінзона, Емеріта та директора OVRO.
Цей проект OVRO працює з 2008 року, проводячи два рази на тиждень спостереження за 1800 діючими СМБК та їх відповідними галактиками за допомогою 40-метрового телескопа. Ці спостереження були проведені на підтримку космічного телескопа Фермі-гамма-променевого апарату НАСА, який в той же період проводив подібні дослідження цих галактик та їх СМБК.
Як зазначила команда у своїх двох дослідженнях, ці спостереження дали нове розуміння скупчень речовини, які періодично викидаються із надмасивних чорних дір, а також відкривають нові можливості для гравітаційних досліджень лінзи. Як зазначив доктор Ведантхам в останній заяві прес-служби Caltech:
«Ми знали про існування цих скупчень матеріалу, що протікає по струменях чорної діри, і про те, що вони рухаються близько до швидкості світла, але мало відомо про їх внутрішню структуру або про те, як вони запускаються. З такими системами лінз ми можемо побачити скупчення ближче до центрального двигуна чорної діри та набагато детальніше, ніж раніше ».
Вважається, що всі великі галактики мають СМББ у центрі своєї галактики, але не всі супроводжують їх струменями гарячого газу. Наявність таких струменів пов'язана з тим, що відоме як Активне галактичне ядро (AGN), компактна область в центрі галактики, яка особливо яскрава для багатьох довжин хвиль - включаючи радіо, мікрохвильову, інфрачервону, оптичну, ультрафіолетову, Рентгенівське та гамма-випромінювання.
Ці струмені є результатом матеріалу, який витягується до SMBH, частина якого закінчується викидом у вигляді гарячого газу. Матеріал у цих потоках рухається з близькою швидкістю світла, а потоки активні протягом періодів від 1 до 10 мільйонів років. Тоді як більшість часу струмені відносно послідовні, кожні кілька років вони виплювають додаткові скупчення гарячої речовини.
Ще в 2010 році дослідники OVRO зауважили, що радіовипромінювання PKS 1413 + 135 протягом року зменшувалося, згасало, а потім знову посилювалося. У 2015 році вони помітили таку ж поведінку та провели детальний аналіз. Виключивши інші можливі пояснення, вони дійшли висновку, що загальне освітлення, ймовірно, спричинене двома швидкісними скупченнями матеріалу, що викидаються з чорної діри.
Ці скупчення подорожували вздовж струменя і збільшувалися, коли вони проходили за гравітаційною лінзою, яку вони використовували для своїх спостережень. Це відкриття було цілком випадковим і стало результатом багаторічних астрономічних досліджень. Як пояснив Тімоті Пірсон, старший науковий співробітник компанії Caltech та співавтор статті:
«Було проведено спостереження величезної кількості галактик, щоб знайти цей єдиний об’єкт із симетричними заглибленнями в яскравості, які вказують на наявність гравітаційної лінзи. Зараз ми з усією силою шукаємо всі інші наші дані, щоб спробувати знайти подібні об'єкти, які можуть дати збільшене уявлення про галактичні ядра ».
Що також було захоплюючим у спостереженнях міжнародної команди, був характер використовуваного об'єктива. У минулому вчені покладалися на масивні лінзи (тобто цілі галактики) або мікрооб'єктиви, які складалися з одиничних зірок. Однак команда на чолі з доктором Ведантамом та доктором Ридхедом покладалася на те, що вони описують як "мілілінзу" близько 10 000 сонячних мас.
Це може бути перше дослідження в історії, яке спиралося на лінзу проміжного розміру, яка, на їхню думку, є, скоріш за все, скупченням зірок. Однією з переваг лінзи розміром мілі є те, що вона недостатньо велика, щоб перекрити все джерело світла, полегшуючи помітити більш дрібні предмети. Завдяки цій новій системі гравітаційного лінзування, за оцінками, астрономи зможуть спостерігати скупчення в масштабах приблизно в 100 разів менше, ніж раніше. Як пояснив Редхед:
"Грудки, які ми бачимо, дуже близькі до центральної чорної діри і крихітні - всього кілька світлових днів. Ми вважаємо, що ці крихітні компоненти, що рухаються зі швидкістю світла, збільшуються гравітаційною лінзою у спіральній галактиці переднього плану. Це забезпечує вишукану роздільну здатність мільйонної частини секунди дуги, що еквівалентно перегляду зерна солі на Місяці з Землі. "
Більше того, дослідники вказують, що сама лінза представляє науковий інтерес з тієї простої причини, що про об'єкти цього масового діапазону не багато відомо. Таким потенційним зоряним скупченням може послужити своєрідна лабораторія, даючи дослідникам можливість вивчати гравітаційне мілі-лінзування, одночасно надаючи чіткий вигляд ядерних струменів, що випливають із активних галактичних ядер.
Забігаючи наперед, команда сподівається підтвердити результати своїх досліджень за допомогою іншої методики, відомої як Інтерферометрія дуже довгої базової лінії (VLBI). Для цього будуть задіяні радіотелескопи з усього світу, які роблять детальні знімки PKS 1413 + 135 та SMBH у його центрі. З огляду на те, що вони спостерігали до цього часу, цілком ймовірно, що ця СМБК виплете ще одну грудку речовини через кілька років (до 2020 року).
Ведантем, Редіхед та їхні колеги планують бути готовими до цієї події. Виявлення цієї наступної грудки не тільки підтвердило б їх недавні дослідження, але й підтвердило б метод лінзи, яку вони використовували для проведення своїх спостережень. Як зазначав Редхед, "ми не могли б робити подібні дослідження без університетської обсерваторії, як Радіообсерваторія долини Оуенса, де ми маємо час присвятити великий телескоп виключно одній програмі".
Дослідження стали можливими завдяки фінансуванню NASA, Національного наукового фонду (NSF), Смітсонівського інституту, Academia Sinica, Академії Фінляндії та Чилійського Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
