L'universo osservabile è un luogo estremamente grande, che misura circa 91 miliardi di anni luce di diametro. Di conseguenza, gli astronomi sono costretti a fare affidamento su potenti strumenti per vedere oggetti lontani. Ma anche questi a volte sono limitati e devono essere associati a una tecnica nota come lente gravitazionale. Ciò implica fare affidamento su una grande distribuzione di materia (una galassia o una stella) per ingrandire la luce proveniente da un oggetto distante.
Usando questa tecnica, un team internazionale guidato da ricercatori del California Institute of Technology (Caltech) Owens Valley Radio Observatory (OVRO) è stato in grado di osservare getti di gas caldo emessi da un buco nero supermassiccio in una galassia lontana (noto come PKS 1413 + 135). La scoperta ha fornito la migliore visione ad oggi dei tipi di gas caldo che vengono spesso rilevati provenienti dai centri dei buchi neri supermassicci (SMBH).
I risultati della ricerca sono stati descritti in due studi pubblicati nel numero del 15 agosto di Il diario astrofisico. Entrambi erano guidati da Harish Vedantham, uno studioso post-dottorato della Caltech Millikan, e facevano parte di un progetto internazionale guidato da Anthony Readhead - il professore di astronomia, emerito di Robinson e direttore dell'OVRO.
Questo progetto OVRO è attivo dal 2008, conducendo osservazioni bisettimanali di circa 1.800 SMBH attivi e delle rispettive galassie utilizzando il suo telescopio da 40 metri. Queste osservazioni sono state condotte a sostegno del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA, che ha condotto studi simili su queste galassie e i loro SMBH durante lo stesso periodo.
Come il team ha indicato nei loro due studi, queste osservazioni hanno fornito nuove informazioni sui grumi di materia che vengono periodicamente espulsi dai buchi neri supermassicci, oltre ad aprire nuove possibilità per la ricerca sull'obiettivo gravitazionale. Come il Dr. Vedantham ha indicato in una recente dichiarazione della stampa Caltech:
“Abbiamo saputo dell'esistenza di questi grumi di materiale che scorrevano lungo i getti del buco nero e che si avvicinano alla velocità della luce, ma non si sa molto sulla loro struttura interna o sul modo in cui vengono lanciati. Con sistemi di lenti come questo, possiamo vedere i grumi più vicini al motore centrale del buco nero e con molti più dettagli di prima. "
Mentre si ritiene che tutte le grandi galassie abbiano un SMBH al centro della loro galassia, non tutte hanno getti di gas caldo che li accompagnano. La presenza di tali getti è associata a ciò che è noto come Active Galactic Nucleus (AGN), una regione compatta al centro di una galassia che è particolarmente luminosa in molte lunghezze d'onda - tra cui radio, microonde, infrarossi, ottica, ultravioletta, Raggi X e raggi gamma.
Questi getti sono il risultato del materiale che viene tirato verso un SMBH, alcuni dei quali finiscono per essere espulsi sotto forma di gas caldo. Il materiale in questi flussi viaggia vicino alla velocità della luce e i flussi sono attivi per periodi che vanno da 1 a 10 milioni di anni. Considerando che la maggior parte delle volte, i getti sono relativamente coerenti, ogni pochi anni, emettono ulteriori grumi di materia calda.
Nel 2010, i ricercatori di OVRO hanno notato che le emissioni radio di PKS 1413 + 135 si erano accese, sbiadite e poi illuminate di nuovo nel corso di un anno. Nel 2015 hanno notato lo stesso comportamento e condotto un'analisi dettagliata. Dopo aver escluso altre possibili spiegazioni, hanno concluso che lo schiarimento complessivo era probabilmente causato da due blocchi di materiale ad alta velocità che venivano espulsi dal buco nero.
Questi grumi hanno viaggiato lungo il getto e si sono ingranditi quando sono passati dietro la lente gravitazionale che stavano usando per le loro osservazioni. Questa scoperta fu abbastanza fortuita e fu il risultato di molti anni di studi astronomici. Come ha spiegato Timothy Pearson, ricercatore senior presso Caltech e coautore del documento:
“Ci sono volute osservazioni di un numero enorme di galassie per trovare questo oggetto con i tuffi simmetrici di luminosità che indicano la presenza di una lente gravitazionale. Ora stiamo esaminando attentamente tutti i nostri altri dati per cercare di trovare oggetti simili che possano dare una visione ingrandita dei nuclei galattici. "
Ciò che è stato anche interessante delle osservazioni del team internazionale è stata la natura della "lente" che hanno usato. In passato, gli scienziati hanno fatto affidamento su lenti enormi (cioè intere galassie) o micro-lenti costituite da singole stelle. Tuttavia, il team guidato dal Dr. Vedantham e dal Dr. Readhead ha fatto affidamento su ciò che descrivono come una "lente milli" di circa 10.000 masse solari.
Questo potrebbe essere il primo studio nella storia che si basava su una lente di dimensioni intermedie, che credono molto probabilmente un ammasso stellare. Uno dei vantaggi di un obiettivo di dimensioni medie è che non è abbastanza grande da bloccare l'intera fonte di luce, rendendo più facile individuare oggetti più piccoli. Con questo nuovo sistema di lenti gravitazionali, si stima che gli astronomi saranno in grado di osservare grumi su scale circa 100 volte più piccole di prima. Come spiegato Readhead:
"I ciuffi che stiamo vedendo sono molto vicini al buco nero centrale e sono minuscoli - solo pochi giorni di luce. Pensiamo che questi minuscoli componenti che si avvicinano alla velocità della luce vengano ingranditi da una lente gravitazionale nella galassia a spirale in primo piano. Ciò fornisce una risoluzione squisita di un milionesimo di secondo di arco, che equivale a vedere un granello di sale sulla luna dalla Terra. "
Inoltre, i ricercatori indicano che l'obiettivo stesso è di interesse scientifico, per la semplice ragione che non si sa molto sugli oggetti in questa gamma di massa. Questo potenziale ammasso stellare potrebbe quindi fungere da una sorta di laboratorio, offrendo ai ricercatori la possibilità di studiare il milli-lens gravitazionale fornendo anche una visione chiara dei getti nucleari che fluiscono dai nuclei galattici attivi.
Guardando al futuro, il team spera di confermare i risultati dei propri studi utilizzando un'altra tecnica nota come Very-Long Baseline Interferometry (VLBI). Ciò coinvolgerà i radiotelescopi di tutto il mondo che cattureranno immagini dettagliate di PKS 1413 + 135 e SMBH al centro. Considerato ciò che hanno osservato finora, è probabile che questo SMBH sputerà un altro grumo di materia tra qualche anno (entro il 2020).
Vedantham, Readhead e i loro colleghi hanno in programma di essere pronti per questo evento. Individuare questo prossimo gruppo non solo convaliderebbe i loro recenti studi, ma convaliderebbe anche la tecnica a lente multipla che hanno usato per condurre le loro osservazioni. Come indicato da Readhead, "Non potremmo fare studi come questi senza un osservatorio universitario come l'Owens Valley Radio Observatory, dove abbiamo il tempo di dedicare un grande telescopio esclusivamente a un singolo programma".
Gli studi sono stati resi possibili grazie ai finanziamenti forniti dalla NASA, dalla National Science Foundation (NSF), dalla Smithsonian Institution, dall'Accademia Sinica, dall'Accademia di Finlandia e dal cileno Centro de Excelencia in Astrofísica e Tecnologías Afines (CATA).
