Наблюдаемая Вселенная - чрезвычайно большое место, имеющее диаметр около 91 миллиарда световых лет. В результате астрономы вынуждены полагаться на мощные инструменты, чтобы видеть далекие объекты. Но даже они иногда ограничены и должны сочетаться с техникой, известной как гравитационное линзирование. Это предполагает использование большого распределения вещества (галактики или звезды) для увеличения света, исходящего от удаленного объекта.
Используя эту технику, международная группа под руководством исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) Радиообсерватория Оуэнс-Вэлли (OVRO) смогла наблюдать выбросы горячего газа, выбрасываемого из сверхмассивной черной дыры в далекой галактике (известной как PKS 1413 +). 135). Открытие дало наилучшую на сегодняшний день картину типов горячего газа, которые часто обнаруживаются в центрах сверхмассивных черных дыр (SMBH).
Результаты исследования были описаны в двух исследованиях, которые были опубликованы в номере от 15 августа Астрофизический журнал. Оба были во главе с Харишем Ведантемом, докторантом Caltech Millikan, и были частью международного проекта, возглавляемого Энтони Ридхедом - профессором астрономии Робинсона, почетным и директором OVRO.
Этот проект OVRO был активен с 2008 года, проводя два раза в неделю наблюдения около 1800 активных SMBH и их соответствующих галактик с помощью своего 40-метрового телескопа. Эти наблюдения были проведены в поддержку космического телескопа гамма-излучения Ферми НАСА, который проводит аналогичные исследования этих галактик и их SMBH в течение того же периода.
Как указала команда в своих двух исследованиях, эти наблюдения позволили по-новому взглянуть на скопления вещества, которые периодически выбрасываются из сверхмассивных черных дыр, а также открыли новые возможности для исследования гравитационного линзирования. Как указал доктор Ведантам в недавнем заявлении для прессы в Калтехе:
«Мы знали о существовании этих скоплений материалов, движущихся вдоль струй черных дыр, и о том, что они движутся со скоростью, близкой к скорости света, но мало что известно об их внутренней структуре или о том, как они запускаются. С такими системами линзирования мы можем видеть комки ближе к центральному двигателю черной дыры и гораздо более детально, чем раньше ».
В то время как все большие галактики, как полагают, имеют в центре своей галактики SMBH, не все сопровождают струи горячего газа. Присутствие таких струй связано с тем, что известно как Активное Галактическое Ядро (AGN), компактная область в центре галактики, которая особенно ярка во многих длинах волн - включая радио, микроволновую, инфракрасную, оптическую, ультрафиолетовую, Рентгеновское и гамма-излучение.
Эти струи являются результатом материала, который тянется к SMBH, некоторые из которых в конечном итоге выбрасываются в виде горячего газа. Материал в этих потоках движется со скоростью, близкой к скорости света, и потоки активны в течение периодов от 1 до 10 миллионов лет. В то время как большую часть времени джеты относительно стабильны, каждые несколько лет они выплевывают дополнительные скопления горячей материи.
Еще в 2010 году исследователи OVRO заметили, что радиоизлучение PKS 1413 + 135 стало ярче, затем исчезло, а затем снова стало ярким в течение года. В 2015 году они заметили такое же поведение и провели подробный анализ. Исключив другие возможные объяснения, они пришли к выводу, что общее осветление, вероятно, было вызвано двумя высокоскоростными скоплениями материала, выбрасываемыми из черной дыры.
Эти скопления проходили вдоль струи и усиливались, когда проходили позади гравитационной линзы, которую они использовали для своих наблюдений. Это открытие было совершенно случайным и стало результатом многолетних астрономических исследований. Тимоти Пирсон, старший научный сотрудник Caltech и соавтор статьи, объяснил:
«Потребовались наблюдения огромного числа галактик, чтобы найти этот объект с симметричными провалами в яркости, которые указывают на наличие гравитационной линзы. Сейчас мы внимательно изучаем все остальные наши данные, чтобы попытаться найти похожие объекты, которые могут дать увеличенное изображение ядер галактик ».
Что было также впечатляющим в наблюдениях международной команды, так это характер «линзы», которую они использовали. В прошлом ученые полагались на массивные линзы (то есть целые галактики) или микролинзы, состоящие из одиночных звезд. Тем не менее, команда во главе с доктором Ведантамом и доктором Ридхедом полагалась на то, что они описывают как «миллилинзы» из примерно 10000 солнечных масс.
Это может быть первое в истории исследование, в котором использовалась линза среднего размера, которая, по их мнению, скорее всего является звездным скоплением. Одно из преимуществ линзы миллиметрового размера заключается в том, что она недостаточно велика, чтобы блокировать весь источник света, что облегчает обнаружение более мелких объектов. Предполагается, что с этой новой системой гравитационного линзирования астрономы смогут наблюдать скопления в масштабах, примерно в 100 раз меньших, чем прежде. Как объяснил Readhead:
«Глыбы, которые мы видим, очень близки к центральной черной дыре и крошечные - всего несколько световых дней в поперечнике. Мы думаем, что эти крошечные компоненты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, увеличиваются гравитационной линзой на переднем плане спиральной галактики. Это обеспечивает превосходное разрешение миллионной доли секунды дуги, что эквивалентно просмотру зерна соли на луне с Земли ».
Более того, исследователи указывают, что сама линза представляет научный интерес по той простой причине, что об объектах в этом диапазоне масс мало что известно. Таким образом, это потенциальное звездное скопление может действовать как своего рода лаборатория, что дает исследователям возможность изучать гравитационное миллилинзирование, а также дает четкое представление о потоках ядер, исходящих из активных ядер галактик.
Заглядывая в будущее, команда надеется подтвердить результаты своих исследований, используя другую методику, известную как интерферометрия очень длинной линии (VLBI). Это будет включать радиотелескопы со всего мира, делающие детальные изображения PKS 1413 + 135 и SMBH в его центре. Учитывая то, что они наблюдали до сих пор, вполне вероятно, что этот SMBH извергнет еще один скопление материи через несколько лет (к 2020 году).
Ведантам, Readhead и их коллеги планируют быть готовыми к этому событию. Обнаружение этого следующего скопления не только подтвердит их недавние исследования, но также подтвердит технику милли-линз, которую они использовали для проведения своих наблюдений. Как отметил Ридхед, «мы не могли бы проводить подобные исследования без университетской обсерватории, такой как радиообсерватория Оуэнс-Вэлли, где у нас есть время посвятить большой телескоп исключительно одной программе».
Исследования стали возможными благодаря финансированию, предоставленному НАСА, Национальному научному фонду (NSF), Смитсоновскому институту, Academia Sinica, Академии Финляндии и Чилийскому центру развития и астрофизики и технологий в Афганистане (CATA).
