Det observerbare univers er et ekstremt stort sted, der måler skønsmæssigt 91 milliarder lysår i diameter. Som et resultat er astronomer tvunget til at stole på magtfulde instrumenter for at se fjerne objekter. Men selv disse er undertiden begrænsede og skal parres med en teknik, der kaldes gravitationslinser. Dette involverer at stole på en stor fordeling af stof (en galakse eller stjerne) for at forstørre lyset fra en fjern genstand.
Ved hjælp af denne teknik var et internationalt team ledet af forskere fra Californiens teknologiske institut (Caltech) Owens Valley Radio Observatory (OVRO) i stand til at observere jetfly af varm gas, der spydes fra et supermassivt sort hul i en fjern galakse (kendt som PKS 1413 + 135). Opdagelsen gav den bedste udsigt til dato for de typer varme gas, der ofte opdages, der kommer fra centre for supermassive sorte huller (SMBH).
Forskningsresultaterne blev beskrevet i to undersøgelser, der blev offentliggjort i 15. august The Astrophysical Journal. Begge blev ledet af Harish Vedantham, en Caltech Millikan postdoktor, og var en del af et internationalt projekt ledet af Anthony Readhead - Robinson-professor i astronomi, emeritus og direktør for OVRO.
Dette OVRO-projekt har været aktivt siden 2008 og gennemført to gange ugentligt observationer af ca. 1.800 aktive SMBH'er og deres respektive galakser ved hjælp af det 40-meter-teleskop. Disse observationer er blevet udført til støtte for NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope, der har foretaget lignende undersøgelser af disse galakser og deres SMBH'er i samme periode.
Som holdet indikerede i deres to undersøgelser, har disse observationer givet ny indsigt i klumperne af stof, der med jævne mellemrum skubbes fra supermassive sorte huller, samt åbnet nye muligheder for gravitationslinseforskning. Som Dr. Vedantham anførte i en nylig Caltech-pressemeddelelse:
”Vi har vidst om eksistensen af disse klumper af materiale, der strømmer langs sorte hulstråler, og at de bevæger sig tæt på lysets hastighed, men ikke meget vides om deres interne struktur eller hvordan de lanceres. Med linsesystemer som denne kan vi se klumper tættere på det sorte huls centrale motor og i meget mere detaljerede detaljer end før. ”
Mens alle store galakser menes at have en SMBH i midten af deres galakse, har ikke alle jetstråler af varm gas ledsaget af dem. Tilstedeværelsen af sådanne jetfly er forbundet med det, der er kendt som en Active Galactic Nucleus (AGN), et kompakt område i midten af en galakse, der er særlig lys i mange bølgelængder - inklusive radio, mikrobølgeovn, infrarød, optisk, ultraviolet, Røntgen- og gammastråling.
Disse jetfly er resultatet af materiale, der trækkes mod en SMBH, hvoraf nogle ender med at blive skubbet ud i form af varm gas. Materiale i disse vandløb bevæger sig tæt på lysets hastighed, og vandløbene er aktive i perioder fra 1 til 10 millioner år. Mens jetflyet for det meste er relativt ensartet, spytter de hvert par år yderligere klumper af varmt stof.
Tilbage i 2010 bemærkede OVRO-forskerne, at PKS 1413 + 135s radioemissioner var blevet lysere, falmet og derefter lysnet igen i løbet af et år. I 2015 bemærkede de den samme opførsel og gennemførte en detaljeret analyse. Efter at have udelukket andre mulige forklaringer konkluderede de, at den samlede lysning sandsynligvis skyldtes to høje hastighedsklumper af materiale, der blev skubbet ud af det sorte hul.
Disse klumper rejste langs jetflyet og blev forstørrede, da de passerede bag gravitationslinsen, de brugte til deres observationer. Denne opdagelse var ganske heldig og var resultatet af mange års astronomisk undersøgelse. Som Timothy Pearson, en senior forsker ved Caltech og en medforfatter på papiret, forklarede:
”Det har taget observationer af et stort antal galakser for at finde dette ene objekt med de symmetriske dips i lysstyrke, der peger på tilstedeværelsen af en gravitationslinse. Vi ser nu hårdt på alle vores andre data for at prøve at finde lignende objekter, der kan give et forstørret billede af galaktiske kerner. ”
Det, der også var spændende ved det internationale holds observationer, var arten af den "linse", de brugte. Tidligere har forskere været afhængige af massive linser (dvs. hele galakser) eller mikrolinser, der bestod af enkeltstjerner. Holdet ledet af Dr. Vedantham og Dr. Readhead var dog afhængige af det, de beskriver som en "milli-linse" på ca. 10.000 solmasser.
Dette kunne være den første undersøgelse i historien, der var afhængig af en mellemstor linse, som de mener er sandsynligvis en stjerne klynge. En af fordelene ved en milli-størrelse linse er, at den ikke er stor nok til at blokere hele lyskilden, hvilket gør det lettere at få øje på mindre objekter. Med dette nye tyngdekraftslinsesystem anslås det, at astronomer vil være i stand til at observere klumper i skalaer, der er omkring 100 gange mindre end før. Som Readhead forklarede:
”De klumper, vi ser, er meget tæt på det centrale sorte hul og er små - kun et par lysdage på tværs. Vi tror, at disse bittesmå komponenter, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, forstørres af en tyngdekraftlinse i spiralgalaksen i forgrunden. Dette giver en udsøgt opløsning på en milliondel af et sekund bue, hvilket svarer til at se et saltkorn på månen fra Jorden. ”
Hvad mere er, angiver forskerne, at selve linsen er af videnskabelig interesse af den enkle grund, at der ikke vides meget om objekter i dette masseområde. Denne potentielle stjerneklynge kan derfor fungere som en slags laboratorium og give forskere en chance for at studere gravitationsmill-linse og samtidig give et klart overblik over de nukleare jetfly, der strømmer fra aktive galaktiske kerner.
Når vi ser fremad, håber teamet at bekræfte resultaterne af deres studier ved hjælp af en anden teknik, der kaldes Very-Long Baseline Interferometry (VLBI). Dette vil involvere radioteleskoper fra hele verden, der tager detaljerede billeder af PKS 1413 + 135 og SMBH i centrum. I betragtning af hvad de har hidtil observeret, er det sandsynligt, at denne SMBH vil spytte en anden klump af materie ud om få år (inden 2020).
Vedantham, Readhead og deres kolleger planlægger at være klar til denne begivenhed. At spotte denne næste klump ville ikke kun validere deres nylige undersøgelser, det ville også validere millilinseteknikken, de brugte til at gennemføre deres observationer. Som Readhead antydede, "Vi kunne ikke foretage studier som disse uden et universitetsobservatorium som Owens Valley Radio Observatory, hvor vi har tid til at dedikere et stort teleskop udelukkende til et enkelt program."
Undersøgelserne blev muliggjort takket være finansiering fra NASA, National Science Foundation (NSF), Smithsonian Institution, Academia Sinica, Finlands Akademi og Chilenske Centro de Excelencia en Astrofísica og Tecnologías Afines (CATA).
