Soczewka grawitacyjna pozwala nam zajrzeć do źródła dżetów emitowanych przez supermasywne czarne dziury

Astronomowie korzystający z teleskopu OVRO (Owens Valley Radio Observatory) należącego do Caltech odkryli dowody na nietypowy układ soczewkujący w przestrzeni kosmicznej, w którym duży zbiór gwiazd powiększa dużo bardziej odległą galaktykę zawierającą emitującą dżety materii supermasywną czarną dziurę. Odkrycie to pozwala nam spojrzeć na obłoki gorącego gazu emitowane z pobliża supermasywnej czarnej dziury.

„Wiemy, że istnieją takie obłoki materii wypływającej wzdłuż dżetów z czarnej dziury oraz że poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła, lecz niewiele wiemy o ich wewnętrznej strukturze oraz procesie, który je rozpędza u źródła”, mówi Harish Vedantham z Caltech. „Dzięki procesowi soczewkowania możemy dostrzec te obłoki bliżej centralnej czarnej dziury i badać je dużo dokładniej niż było to możliwe wcześniej”. Vedantham jest głównym autorem dwóch nowych artykułów opisujących te wyniki, które ukazały się 15 sierpnia w periodyku Th Astrophysical Journal. Międzynarodowy projekt badawczy kierowany jest przez prof. Anthony’ego Readheada, dyrektora OVRO.

Wiele supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk emituje dżety gazu uciekające w przeciwnych kierunkach z prędkościami bliskimi prędkości światła. Grawitacja czarnych dziur przyciąga duże ilości materii ku sobie, jednak część tej materii wyrzucana jest z okolic czarnej dziury w formie dżetów. Dżety aktywne są zazwyczaj przez 1-10 milionów lat – co kilka lat wyrzucając dodatkowe obłoki gorącej materii. Dzięki nowemu układowi soczewkującemu może teraz obserwować te obłoki w skali 100 razy mniejszej niż wcześniej.

„Obserwowane przez nas obłoki znajdują się bardzo bliskiej centralnej czarnej dziury i są naprawdę małe – ich rozmiary to zaledwie kilka dni świetlnych. Te niewielkie obłoki poruszające się z prędkościami bliskimi prędkości światła powiększane są przez soczewkę grawitacyjną w bliższej nam galaktyce spiralnej”, mówi Readhead. „Dzięki temu mamy doskonałą rozdzielczość rzędu milionowej części sekundy łuku czyli porównywalną z możliwością obserwowania ziarenka soli na Księżycu z Ziemi”.

Kluczowym elementem tego układu jest sama soczewka. Naukowcy podejrzewają, że w tym przypadku możemy mieć do czynienia z pierwszą soczewką o pośredniej masie – co oznacza, że jest ona większa niż wcześniej obserwowane mikrosoczewki takie jak pojedyncze gwiazdy i mniejsza od dobrze zbadanych masywnych soczewek takich jak galaktyki. Soczewka opisana w nowym artykule a nazwana przez autora milisoczewką charakteryzuje się masą ok. 10 000 mas Słońca i najprawdopodobniej składa się z gromady gwiazd. Zaletą milisoczewki jest fakt, że jest ona wystarczająco mała, że nie blokuje widoku całego źródła, dzięki czemu obłoki w dżetach mogą być powiększane i obserwowane  jak przemieszczają się, jeden po drugim, za samą soczewką.

„Układ ten może okazać się doskonałym kosmicznym laboratorium do badania zarówno milisoczewek grawitacyjnych jak i wewnętrznych procesów zachodzących w dżetach emitowanych przez czarne dziury w aktywnych galaktykach”,  mówi Readhead.

Nowe odkrycia stanowią część programu OVRO, w ramach którego dwa razy w tygodniu wykonuje się obserwacje 1800 aktywnych supermasywnych czarnych dziur i ich galaktyk macierzystych za pomocą 40-metrowego teleskopu czułego na promieniowanie radiowe emitowane przez obiekty kosmiczne. Program trwa już od 2008 roku wspierając misję satelity Fermi, który obserwuje te same galaktywyki w wyższym zakresie promieniowania gamma.

W 2010 roku badacze z projektu OVRO zauważyli coś nietypowego w jednej z badanych galaktyk aktywnych PKS 1413+135. Intensywność promieniowania radiowego w tej galaktyce to rosła, to malała, aby ponownie wzrosnąć w bardzo symetryczny sposób w przeciągu roku. To samo zjawisko obserwowano w 2015 roku. Po przeprowadzeniu dokładnej analizy, która pozwoliła na odrzucenie innych scenariuszy, naukowcy doszli do wniosku, że pojaśnienie galaktyki spowodowane jestt przez dwa kolejne, bardzo szybkie obłoki wyrzucone przez centralną czarną dziurę w odstępie kilku lat. Obydwa obłoki przemieszczały się wzdłuż dżetu i uległy powiększeniu w momencie przejścia za milisoczewką.

„Potrzeba było obserwacji olbrzymiej liczby galaktyk, aby udało się odkryć ten jeden obiekt o symetrycznych spadkach jasności wskazujących na obecność soczewki grawitacyjnej”, mówi współautor opracowania Timothy Pearson z Caltech, który w 1981 roku był jednym z odkrywców faktu, że obłoki w dżetach przemieszczają się z prędkościami bliskimi prędkości światła. „Przeszukujemy teraz nasze dane w poszukiwaniu podobnych obiektów, które mogą nam pomóc dostrzec powiększone centra galaktyczne”.

Źródło: Caltech

Komentarze

comments