Astronomen die Caltech's Owens Valley Radio Observatory (OVRO) gebruiken, hebben bewijs gevonden voor een bizar lenssysteem in de ruimte, waarin een grote verzameling sterren een veel verder weg gelegen sterrenstelsel uitvergroot dat een jetspuwend superzwaar zwart gat bevat. De ontdekking biedt het beste zicht tot nu toe op klodders heet gas die uit superzware zwarte gaten schieten.

"We zijn op de hoogte van het bestaan ​​van deze klompen materiaal die langs jets van zwarte gaten stromen, en dat ze dicht bij de lichtsnelheid bewegen, maar er is niet veel bekend over hun interne structuur of hoe ze worden gelanceerd, " zegt Harish Vedantham, een Caltech Millikan postdoctoraal geleerde. "Met lenssystemen zoals deze, we kunnen de klonten dichter bij de centrale motor van het zwarte gat zien en in veel meer detail dan voorheen." Vedantham is hoofdauteur van twee nieuwe studies die de resultaten beschrijven in het nummer van 15 augustus van Het astrofysische tijdschrift . Het internationale project wordt geleid door Anthony Readhead, de Robinson hoogleraar astronomie, Emeritus, en directeur van de OVRO.

Veel superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels stoten gasstralen uit die met de snelheid van het licht reizen. De zwaartekracht van zwarte gaten trekt materiaal naar zich toe, maar een deel van dat materiaal wordt uiteindelijk in jets van het zwarte gat weggeslingerd. De jets zijn één tot tien miljoen jaar actief - om de paar jaar, ze spugen extra klonten heet materiaal uit. Met het nieuwe zwaartekrachtlenssysteem, deze klonten zijn te zien op schalen die ongeveer 100 keer kleiner zijn dan voorheen.

"De klonten die we zien, bevinden zich heel dicht bij het centrale zwarte gat en zijn klein - slechts een paar lichtdagen in doorsnee. We denken dat deze kleine componenten die met bijna de snelheid van het licht bewegen worden vergroot door een zwaartekrachtlens op de voorgrond spiraalstelsel, ", zegt Readhead. "Dit biedt een voortreffelijke resolutie van een miljoenste boogseconde, wat gelijk staat aan het bekijken van een korrel zout op de maan vanaf de aarde."

Een cruciaal element van dit lenssysteem is de lens zelf. De wetenschappers denken dat dit de eerste lens met gemiddelde massa zou kunnen zijn - wat betekent dat hij groter is dan eerder waargenomen "micro" -lenzen bestaande uit enkele sterren en kleiner dan de goed bestudeerde massieve lenzen zo groot als sterrenstelsels. De lens beschreven in het nieuwe artikel, genaamd een "milli-lens, " wordt geschat op ongeveer 10, 000 zonnemassa's, en bestaat hoogstwaarschijnlijk uit een cluster van sterren. Een voordeel van een milli-lens is dat hij klein genoeg is om niet de hele bron te blokkeren, waardoor de jetklonten kunnen worden vergroot en bekeken terwijl ze reizen, een voor een, achter de lens. Bovendien, de onderzoekers zeggen dat de lens zelf van wetenschappelijk belang is omdat er niet veel bekend is over objecten van dit middelmatige massabereik.

"Dit systeem zou een uitstekend kosmisch laboratorium kunnen zijn voor zowel de studie van zwaartekracht-millilensing als de innerlijke werking van de nucleaire jet in een actief sterrenstelsel, ', zegt Readhead.

De nieuwe bevindingen maken deel uit van een OVRO-programma om twee keer per week waarnemingen te verkrijgen van 1, 800 actieve superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels, met behulp van OVRO's 40 meter telescoop, die radio-emissies van hemellichamen detecteert. Het programma loopt sinds 2008 ter ondersteuning van NASA's Fermi-missie, die dezelfde sterrenstelsels waarneemt in gammastraling met hogere energie.

In 2010, de OVRO-onderzoekers merkten iets ongewoons op met de melkweg in de studie, een actief sterrenstelsel genaamd PKS 1413+ 135. Zijn radiostraling was helderder geworden, bleek, en vervolgens in de loop van een jaar weer op een zeer symmetrische manier opgefleurd. Eenzelfde soort gebeurtenis deed zich opnieuw voor in 2015. Na een zorgvuldige analyse die andere scenario's uitsloot, de onderzoekers concludeerden dat de algehele opheldering van de melkweg hoogstwaarschijnlijk te wijten is aan twee opeenvolgende hogesnelheidsklonten die een paar jaar na elkaar door het zwarte gat van de melkweg worden uitgestoten. De klonten reisden langs de jet en werden vergroot toen ze achter de milli-lens passeerden.

"Er zijn observaties van een groot aantal sterrenstelsels nodig geweest om dit ene object te vinden met de symmetrische dalingen in helderheid die wijzen op de aanwezigheid van een zwaartekrachtlens, " zegt co-auteur Timothy Pearson, een senior onderzoeker bij Caltech die in 1981 hielp ontdekken dat de jetklonten met bijna de snelheid van het licht reizen. "We kijken nu hard naar al onze andere gegevens om vergelijkbare objecten te vinden die een vergroot beeld van galactische kernen kunnen geven."

De volgende stap om de resultaten van PKS 1413+ 135 te bevestigen, is het observeren van de melkweg met een techniek die zeer lange basislijninterferometrie (VLBI) wordt genoemd. waarin radiotelescopen over de hele wereld samenwerken om kosmische objecten tot in detail in beeld te brengen. De onderzoekers zijn van plan deze techniek vanaf dit najaar te gebruiken om naar de melkweg en zijn superzware zwarte gat te kijken, die naar verwachting de komende jaren nog een klompjetmateriaal zal afschieten. Met de VLBI-techniek, ze zouden de klomp moeten kunnen zien die in een boog aan de hemel is uitgesmeerd via de lichtbuigende effecten van de milli-lens. Het identificeren van een boog zou bevestigen dat een milli-lens inderdaad de ultrasnelle jetklonten vergroot die uit een superzwaar zwart gat spuwen.

"We zouden dit soort studies niet kunnen doen zonder een universitair observatorium zoals het Owens Valley Radio Observatory, waar we de tijd hebben om een ​​grote telescoop exclusief aan een enkel programma te wijden, ' zei Leeshoofd.

De twee onderzoeken, getiteld, "Symmetrische achromatische variabiliteit in actieve sterrenstelsels:een krachtige nieuwe zwaartekrachtlenssonde?" en "The Peculiar Light Curve of J1415+1320:A Case Study in Extreme Scattering Events, " zijn gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift .