Gli astronomi che utilizzano l'Owens Valley Radio Observatory (OVRO) del Caltech hanno trovato prove di un bizzarro sistema di lenti nello spazio, in cui un grande assemblaggio di stelle sta ingrandendo una galassia molto più lontana contenente un buco nero supermassiccio che emette getti. La scoperta fornisce la migliore visione mai vista delle bolle di gas caldo che fuoriescono dai buchi neri supermassicci.

"Sappiamo dell'esistenza di questi grumi di materiale che scorrono lungo i getti dei buchi neri, e che si avvicinano alla velocità della luce, ma non si sa molto della loro struttura interna o di come vengono lanciati, "dice Harish Vedantham, uno studioso post-dottorato Caltech Millikan. "Con sistemi di lenti come questo, possiamo vedere i grumi più vicini al motore centrale del buco nero e in modo molto più dettagliato di prima." Vedantham è l'autore principale di due nuovi studi che descrivono i risultati nel numero del 15 agosto di Il Giornale Astrofisico . Il progetto internazionale è guidato da Anthony Readhead, il Robinson Professore di Astronomia, Emerito, e direttore dell'OVRO.

Molti buchi neri supermassicci al centro delle galassie emettono getti di gas che viaggiano vicino alla velocità della luce. La gravità dei buchi neri attira il materiale verso di loro, ma parte di quel materiale finisce per essere espulso dal buco nero in getti. I getti sono attivi da uno a 10 milioni di anni, ogni pochi anni, sputano fuori ulteriori grumi di materiale caldo. Con il nuovo sistema di lenti gravitazionali, questi grumi possono essere visti su scale circa 100 volte più piccole di prima.

"I grumi che stiamo vedendo sono molto vicini al buco nero centrale e sono minuscoli, solo pochi giorni luce di diametro. Pensiamo che questi minuscoli componenti che si muovono a una velocità prossima alla luce vengano ingranditi da una lente gravitazionale in primo piano galassia a spirale, " dice Readhead. "Questo fornisce una risoluzione squisita di un milionesimo di secondo d'arco, che equivale a vedere un granello di sale sulla luna dalla Terra."

Un elemento critico di questo sistema di lenti è la lente stessa. Gli scienziati pensano che questa potrebbe essere la prima lente di massa intermedia, il che significa che è più grande delle lenti "micro" osservate in precedenza, costituite da singole stelle e più piccole delle lenti massicce ben studiate grandi quanto le galassie. L'obiettivo descritto nel nuovo documento, soprannominato un "milli-lente, " si pensa che sia circa 10, 000 masse solari, e molto probabilmente consiste in un ammasso di stelle. Un vantaggio di un obiettivo di dimensioni millimetrate è che è abbastanza piccolo da non bloccare l'intera sorgente, che consente di ingrandire e visualizzare i gruppi del getto mentre viaggiano, uno per uno, dietro la lente. Cosa c'è di più, i ricercatori affermano che l'obiettivo stesso è di interesse scientifico perché non si sa molto sugli oggetti di questa gamma di massa intermedia.

"Questo sistema potrebbe fornire un superbo laboratorio cosmico sia per lo studio della lente gravitazionale che per il funzionamento interno del getto nucleare in una galassia attiva, " dice Readhead.

Le nuove scoperte fanno parte di un programma OVRO per ottenere osservazioni bisettimanali di 1, 800 buchi neri supermassicci attivi e le loro galassie ospiti, utilizzando il telescopio da 40 metri di OVRO, che rileva le emissioni radio degli oggetti celesti. Il programma è attivo dal 2008 a sostegno della missione Fermi della NASA, che osserva le stesse galassie nei raggi gamma di energia superiore.

Nel 2010, i ricercatori OVRO hanno notato qualcosa di insolito accadendo con la galassia nello studio, una galassia attiva chiamata PKS 1413+ 135. La sua emissione radio si era illuminata, sbiadito, e poi si è illuminato di nuovo in modo molto simmetrico nel corso di un anno. Lo stesso tipo di evento si è ripetuto nel 2015. Dopo un'attenta analisi che ha escluso altri scenari, i ricercatori hanno concluso che l'illuminazione generale della galassia è molto probabilmente dovuta a due successivi ammassi ad alta velocità espulsi dal buco nero della galassia a pochi anni di distanza. I grumi hanno viaggiato lungo il getto e si sono ingranditi quando sono passati dietro la milli-lente.

"Ci sono volute le osservazioni di un numero enorme di galassie per trovare questo oggetto con i cali simmetrici di luminosità che indicano la presenza di una lente gravitazionale, ", afferma il coautore Timothy Pearson, un ricercatore senior al Caltech che ha contribuito a scoprire nel 1981 che i gruppi di getti viaggiano a una velocità prossima a quella della luce. "Ora stiamo esaminando a fondo tutti gli altri nostri dati per cercare di trovare oggetti simili che possano dare una visione ingrandita dei nuclei galattici".

Il prossimo passo per confermare i risultati di PKS 1413+ 135 è osservare la galassia con una tecnica chiamata interferometria a linea di base molto lunga (VLBI), in cui i radiotelescopi di tutto il mondo lavorano insieme per visualizzare in dettaglio gli oggetti cosmici. I ricercatori hanno in programma di utilizzare questa tecnica a partire da questo autunno per osservare la galassia e il suo buco nero supermassiccio, che dovrebbe sparare un altro ammasso di materiale a getto nei prossimi anni. Con la tecnica VLBI, dovrebbero essere in grado di vedere il ciuffo spalmato in un arco attraverso il cielo attraverso gli effetti di flessione della luce del milli-obiettivo. L'identificazione di un arco confermerebbe che in effetti un milli-obiettivo sta ingrandendo i gruppi di getti ultraveloci emessi da un buco nero supermassiccio.

"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 ad un unico programma, " disse Readhead.

I due studi, intitolato, "Variabilità acromatica simmetrica nelle galassie attive:una nuova potente sonda con lente gravitazionale?" e "La peculiare curva di luce di J1415+1320:un caso di studio in eventi di diffusione estrema, " sono pubblicati in Il Giornale Astrofisico .