Το παρατηρήσιμο Σύμπαν είναι ένα εξαιρετικά μεγάλο μέρος, με διάμετρο περίπου 91 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Ως αποτέλεσμα, οι αστρονόμοι αναγκάζονται να βασίζονται σε ισχυρά όργανα για να δουν μακρινά αντικείμενα. Αλλά ακόμη και αυτές είναι μερικές φορές περιορισμένες και πρέπει να συνδυάζονται με μια τεχνική γνωστή ως βαρυτικός φακός. Αυτό συνεπάγεται την εξάρτηση από μια μεγάλη κατανομή της ύλης (γαλαξίας ή αστεριού) για τη μεγέθυνση του φωτός που προέρχεται από ένα μακρινό αντικείμενο.
Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Παρατηρητήριο Ραδιοτηλεόρασης (Caltech) Owens Valley (OVRO) του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας κατάφερε να παρατηρήσει εκτοξεύσεις ζεστού αερίου από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα σε έναν μακρινό γαλαξία (γνωστό ως PKS 1413 + 135). Η ανακάλυψη παρείχε την καλύτερη εικόνα μέχρι σήμερα για τους τύπους θερμού αερίου που συχνά εντοπίζονται προέρχονται από τα κέντρα των υπερμεγέθων μαύρων οπών (SMBH).
Τα ευρήματα της έρευνας περιγράφηκαν σε δύο μελέτες που δημοσιεύθηκαν στο τεύχος 15 Αυγούστου Η Αστροφυσική Εφημερίδα. Και οι δύο διευθύνονταν από τον Harish Vedantham, Caldoch Millikan Postdoctoral Scholar, και ήταν μέρος ενός διεθνούς έργου με επικεφαλής τον Anthony Readhead - τον καθηγητή αστρονομίας Robinson, ομότιμος και διευθυντής του OVRO.
Αυτό το έργο OVRO είναι ενεργό από το 2008, πραγματοποιώντας παρατηρήσεις δύο φορές την εβδομάδα περίπου 1.800 ενεργών SMBH και των αντίστοιχων γαλαξιών τους χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο των 40 μέτρων. Αυτές οι παρατηρήσεις διεξήχθησαν προς υποστήριξη του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi Gamma-ray της NASA, το οποίο διεξήγαγε παρόμοιες μελέτες αυτών των γαλαξιών και των SMBH τους κατά την ίδια περίοδο.
Όπως ανέφερε η ομάδα στις δύο μελέτες τους, αυτές οι παρατηρήσεις έδωσαν νέα εικόνα για τις συστάδες της ύλης που εκτοξεύονται περιοδικά από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, καθώς επίσης ανοίγουν νέες δυνατότητες για έρευνα βαρυτικού φακού. Όπως ανέφερε ο Δρ Vedantham σε πρόσφατη δήλωση τύπου του Caltech:
«Γνωρίζαμε για την ύπαρξη αυτών των ομάδων ροής υλικού κατά μήκος πίδακες μαύρης τρύπας και ότι κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, αλλά δεν γνωρίζουμε πολλά για την εσωτερική τους δομή ή τον τρόπο εκτόξευσής τους. Με συστήματα φακών σαν αυτό, μπορούμε να δούμε τις συστάδες πιο κοντά στον κεντρικό κινητήρα της μαύρης τρύπας και με πολύ περισσότερες λεπτομέρειες από ό, τι πριν. "
Ενώ όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες πιστεύεται ότι έχουν SMBH στο κέντρο του γαλαξία τους, δεν συνοδεύουν όλοι τους πίδακες ζεστού αερίου. Η παρουσία τέτοιων πίδακες συνδέεται με αυτό που είναι γνωστό ως Active Galactic Nucleus (AGN), μια συμπαγής περιοχή στο κέντρο ενός γαλαξία που είναι ιδιαίτερα φωτεινή σε πολλά μήκη κύματος - συμπεριλαμβανομένων ραδιοφώνου, μικροκυμάτων, υπέρυθρων, οπτικών, υπεριώδους, Ακτινογραφία ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα.
Αυτοί οι πίδακες είναι αποτέλεσμα υλικού που τραβιέται προς ένα SMBH, μερικά από τα οποία καταλήγουν να εκτοξεύονται με τη μορφή θερμού αερίου. Το υλικό σε αυτές τις ροές ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός και τα ρεύματα είναι ενεργά για περιόδους που κυμαίνονται από 1 έως 10 εκατομμύρια χρόνια. Ενώ τις περισσότερες φορές, τα αεριωθούμενα αεροπλάνα είναι σχετικά συνεπή, κάθε λίγα χρόνια, εκτοξεύουν επιπλέον συσσωματώματα ζεστής ύλης.
Το 2010, οι ερευνητές του OVRO παρατήρησαν ότι οι εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων του PKS 1413 + 135 είχαν φωτιστεί, ξεθωριάσει και έπειτα έλαμψε ξανά κατά τη διάρκεια ενός έτους. Το 2015, παρατήρησαν την ίδια συμπεριφορά και πραγματοποίησαν λεπτομερή ανάλυση. Αφού αποκλείουν άλλες πιθανές εξηγήσεις, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η συνολική λάμψη πιθανότατα προκλήθηκε από την εκτόξευση δύο υψηλής ταχύτητας συστάδων υλικού από τη μαύρη τρύπα.
Αυτές οι συστάδες ταξίδεψαν κατά μήκος του αεριωθούμενου αεροπλάνου και μεγάλωσαν όταν πέρασαν πίσω από τον βαρυτικό φακό που χρησιμοποιούσαν για τις παρατηρήσεις τους. Αυτή η ανακάλυψη ήταν αρκετά τυχαία και ήταν αποτέλεσμα πολλών ετών αστρονομικής μελέτης. Όπως εξήγησε ο Timothy Pearson, ανώτερος ερευνητής στο Caltech και συν-συγγραφέας στο έγγραφο:
«Έκανε παρατηρήσεις τεράστιου αριθμού γαλαξιών για να βρει αυτό το ένα αντικείμενο με τις συμμετρικές πτώσεις στη φωτεινότητα που δείχνουν την παρουσία ενός βαρυτικού φακού. Τώρα κοιτάζουμε σκληρά όλα τα άλλα δεδομένα μας για να προσπαθήσουμε να βρούμε παρόμοια αντικείμενα που μπορούν να δώσουν μια μεγεθυμένη εικόνα των γαλαξιακών πυρήνων. "
Αυτό που ήταν επίσης συναρπαστικό για τις παρατηρήσεις της διεθνούς ομάδας ήταν η φύση του «φακού» που χρησιμοποίησαν. Στο παρελθόν, οι επιστήμονες βασίζονταν σε μαζικούς φακούς (δηλ. Ολόκληρους γαλαξίες) ή μικρο φακούς που αποτελούταν από μονά αστέρια. Ωστόσο, η ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Vedantham και τον Dr. Readhead βασίστηκε σε αυτό που περιγράφουν ως «milli-lens» περίπου 10.000 ηλιακών μαζών.
Αυτή θα μπορούσε να είναι η πρώτη μελέτη στην ιστορία που βασίστηκε σε έναν ενδιάμεσο φακό, τον οποίο πιστεύουν ότι είναι πιθανότατα ένα αστέρι. Ένα από τα πλεονεκτήματα ενός φακού milli-size είναι ότι δεν είναι αρκετά μεγάλο ώστε να αποκλείει ολόκληρη την πηγή φωτός, καθιστώντας ευκολότερο τον εντοπισμό μικρότερων αντικειμένων. Με αυτό το νέο σύστημα βαρυτικού φακού, εκτιμάται ότι οι αστρονόμοι θα είναι σε θέση να παρατηρήσουν συστάδες σε κλίμακες περίπου 100 φορές μικρότερες από πριν. Όπως εξήγησε ο Readhead:
"Οι μάζες που βλέπουμε είναι πολύ κοντά στην κεντρική μαύρη τρύπα και είναι μικροσκοπικές - μόνο λίγες μέρες φωτός. Πιστεύουμε ότι αυτά τα μικροσκοπικά συστατικά που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός μεγεθύνονται από έναν βαρυτικό φακό στον σπειροειδή γαλαξία του προσκηνίου. Αυτό παρέχει εξαιρετική ανάλυση ενός εκατομμυρίου του δευτερολέπτου τόξου, το οποίο ισοδυναμεί με την προβολή ενός κόκκου αλατιού στο φεγγάρι από τη Γη. "
Επιπλέον, οι ερευνητές δείχνουν ότι ο ίδιος ο φακός έχει επιστημονικό ενδιαφέρον, για τον απλό λόγο ότι δεν είναι γνωστά πολλά για αντικείμενα σε αυτό το εύρος μάζας. Αυτή η πιθανή συστάδα αστεριών θα μπορούσε επομένως να λειτουργήσει ως ένα είδος εργαστηρίου, δίνοντας στους ερευνητές την ευκαιρία να μελετήσουν το βαρυτικό χιλιοστό φακό, παρέχοντας παράλληλα μια σαφή εικόνα των πυρηνικών πίδακων που ρέουν από ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.
Κοιτώντας μπροστά, η ομάδα ελπίζει να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα των μελετών τους χρησιμοποιώντας μια άλλη τεχνική γνωστή ως Ινδομετρία Πολύ Μακράς Βάσης (VLBI). Αυτό θα περιλαμβάνει ραδιοτηλεσκόπια από όλο τον κόσμο που θα λαμβάνουν λεπτομερείς εικόνες του PKS 1413 + 135 και του SMBH στο κέντρο του. Λαμβάνοντας υπόψη όσα έχουν παρατηρήσει μέχρι στιγμής, είναι πιθανό ότι αυτό το SMBH θα εκτοξεύσει μια άλλη συστάδα ύλης σε λίγα χρόνια (έως το 2020).
Ο Vedantham, ο Readhead και οι συνάδελφοί τους σχεδιάζουν να είναι έτοιμοι για αυτήν την εκδήλωση. Το να εντοπίσουμε αυτό το επόμενο σμήνος δεν θα επικυρώνει μόνο τις πρόσφατες μελέτες τους, αλλά και θα επικυρώνει την τεχνική milli-lens που χρησιμοποίησαν για να πραγματοποιήσουν τις παρατηρήσεις τους. Όπως ανέφερε ο Readhead, «Δεν θα μπορούσαμε να κάνουμε μελέτες σαν αυτές χωρίς ένα πανεπιστημιακό παρατηρητήριο όπως το Παρατηρητήριο Ραδιοτηλεόρασης Owens Valley, όπου έχουμε τον χρόνο να αφιερώσουμε ένα μεγάλο τηλεσκόπιο αποκλειστικά σε ένα μόνο πρόγραμμα».
Οι μελέτες έγιναν δυνατές χάρη στη χρηματοδότηση που παρείχε η NASA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF), το Smithsonian Institution, το Academia Sinica, η Ακαδημία της Φινλανδίας και το Χιλής Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
