Kosmisk forstørrelseslinse afslører indre stråler af sorte huller

Astronomer, der bruger Caltechs Owens Valley Radio Observatory (OVRO) har fundet beviser for et bizart linsesystem i rummet, hvor en stor samling af stjerner forstørrer en langt fjernere galakse indeholdende et strålende, supermassivt sort hul. Opdagelsen giver den bedste udsigt til dato af klatter af varm gas, der skyder ud fra supermassive sorte huller.

"Vi har kendt til eksistensen af ​​disse klumper af materiale, der strømmer langs sorte hulstråler, og at de bevæger sig tæt på lysets hastighed, men der er ikke meget kendt om deres interne struktur eller hvordan de lanceres, "siger Harish Vedantham, en Caltech Millikan postdoktor. "Med linsesystemer som dette, vi kan se klumperne tættere på det sorte huls centrale motor og meget mere detaljeret end før. "Vedantham er hovedforfatter til to nye undersøgelser, der beskriver resultaterne i 15. august -udgaven af The Astrophysical Journal . Det internationale projekt ledes af Anthony Readhead, Robinson -professor i astronomi, Emeritus, og direktør for OVRO.

Mange supermassive sorte huller i galaksernes centre sprænger gasstråler ud, der bevæger sig nær lysets hastighed. Tyngdekraften af ​​sorte huller trækker materiale mod dem, men noget af det materiale ender med at blive skubbet væk fra det sorte hul i jetfly. Strålerne er aktive i et til 10 millioner år - hvert par år, de spytter yderligere klumper af varmt materiale ud. Med det nye gravitationslinsesystem, disse klumper kan ses i skalaer omkring 100 gange mindre end før.

"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 små komponenter, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, forstørres af en gravitationslinse i forgrunden spiralgalakse, "siger Readhead." Dette giver en udsøgt opløsning på en milliontedel af et sekund af lysbue, hvilket svarer til at se et gran salt på månen fra Jorden. "

Et kritisk element i dette objektivsystem er selve linsen. Forskerne tror, ​​at dette kunne være den første linse med mellemmasse-hvilket betyder, at den er større end tidligere observerede "mikro" -linser bestående af enkelte stjerner og mindre end de velstuderede massive linser så store som galakser. Objektivet beskrevet i det nye papir, kaldet en "milli-linse, "menes at være omkring 10, 000 solmasser, og består sandsynligvis af en klynge af stjerner. En fordel ved en milli-størrelse linse er, at den er lille nok til ikke at blokere hele kilden, som gør det muligt at forstørre jetklumperne og se dem, mens de rejser, en efter en, bag linsen. Hvad mere er, forskerne siger, at linsen i sig selv er af videnskabelig interesse, fordi der ikke er meget kendt om objekter i dette mellemliggende masseområde.

"Dette system kunne give et fremragende kosmisk laboratorium til både undersøgelse af gravitationsmillilinsering og atomstrålens indre virke i en aktiv galakse, "siger Readhead.

De nye fund er en del af et OVRO-program for at opnå observationer to gange ugentligt på 1, 800 aktive supermassive sorte huller og deres værtsgalakser, ved hjælp af OVROs 40-meter teleskop, som registrerer radioemissioner fra himmellegemer. Programmet har kørt siden 2008 til støtte for NASAs Fermi -mission, som observerer de samme galakser i gammastråler med højere energi.

I 2010, OVRO -forskerne lagde mærke til noget usædvanligt, der skete med galaksen i undersøgelsen, en aktiv galakse kaldet PKS 1413+ 135. Dens radioemission var blevet lysere, falmet, og lysnede derefter igen på en meget symmetrisk måde i løbet af et år. Den samme type begivenhed skete igen i 2015. Efter en grundig analyse, der udelukkede andre scenarier, forskerne konkluderede, at den samlede lysning af galaksen mest sandsynligt skyldes to på hinanden følgende højhastigheds-klumper, der udstødes af galaksenes sorte hul med få års mellemrum. Klumperne rejste langs strålen og blev forstørrede, da de passerede bag milli-objektivet.

"Det har taget observationer af et stort antal galakser for at finde dette ene objekt med de symmetriske fald i lysstyrke, der peger på tilstedeværelsen af ​​en gravitationslinse, "siger medforfatter Timothy Pearson, en senior forsker ved Caltech, der hjalp med at opdage i 1981, at jetklumperne bevæger sig tæt på lysets hastighed. "Vi ser nu hårdt på alle vores andre data for at forsøge at finde lignende objekter, der kan give et forstørret billede af galaktiske kerner."

Det næste trin for at bekræfte PKS 1413+ 135 resultaterne er at observere galaksen med en teknik kaldet meget lang baseline interferometri (VLBI), hvor radioteleskoper over hele kloden arbejder sammen for at forestille detaljerede kosmiske objekter. Forskerne planlægger at bruge denne teknik fra og med dette efterår til at se på galaksen og dens supermassive sorte hul, som forventes at skyde endnu en klump jetmateriale ud i løbet af de næste par år. Med VLBI -teknikken, de skulle kunne se klumpen smurt ud i en bue hen over himlen via milli-linsens lysbøjningseffekter. At identificere en bue ville bekræfte, at en milli-linse faktisk forstørrer de ultrahurtige jetklumper, der spytter fra et supermassivt sort hul.

"Vi kunne ikke lave undersøgelser 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, "sagde Readhead.

De to undersøgelser, med titlen, "Symmetrisk akromatisk variation i aktive galakser:En kraftfuld ny gravitationslinsesonde?" og "Den særegne lyskurve af J1415+1320:Et casestudie i ekstreme spredende begivenheder, "udgives i The Astrophysical Journal .