Astronomer som använder Caltechs Owens Valley Radio Observatory (OVRO) har hittat bevis för ett bisarrt linssystem i rymden, där ett stort antal stjärnor förstorar en mycket mer avlägsen galax som innehåller ett strålkastande supermassivt svart hål. Upptäckten ger den bästa utsikten ännu av klossar het gas som skjuter ut från supermassiva svarta hål.

"Vi har känt till förekomsten av dessa klumpar av material som strömmar längs svarta hålstrålar, och att de rör sig nära ljusets hastighet, men inte mycket är känt om deras inre struktur eller hur de lanseras, "säger Harish Vedantham, en postdoktor vid Caltech Millikan. "Med linssystem som det här, vi kan se klumparna närmare det svarta hålets centrala motor och mycket mer detaljerat än tidigare. "Vedantham är huvudförfattare till två nya studier som beskriver resultaten i 15 augusti -numret av The Astrophysical Journal . Det internationella projektet leds av Anthony Readhead, Robinsonprofessorn i astronomi, Emeritus, och direktör för OVRO.

Många supermassiva svarta hål i galaxernas centrum spränger ut gasstrålar som färdas nära ljusets hastighet. Tyngdkraften hos svarta hål drar material mot dem, men en del av det materialet hamnar bort från det svarta hålet i jets. Strålarna är aktiva i en till tio miljoner år - med några års mellanrum, de spottar ut ytterligare klumpar av hett material. Med det nya gravitationella linssystemet, dessa klumpar kan ses på skalor cirka 100 gånger mindre än tidigare.

"Klumparna vi ser är mycket nära det centrala svarta hålet och är små-bara några ljusdagar över. Vi tror att dessa små komponenter som rör sig nära ljusets hastighet förstoras av en gravitationellins i förgrunden spiralgalax, "säger Readhead." Detta ger utsökt upplösning på en miljonedel av en sekund båge, vilket motsvarar att se ett saltkorn på månen från jorden. "

Ett kritiskt element i detta linssystem är själva linsen. Forskarna tror att detta kan vara det första objektivet med mellanliggande massa-vilket betyder att det är större än tidigare observerade "mikro" -linser bestående av enstaka stjärnor och mindre än de välstuderade massiva linserna så stora som galaxer. Objektivet som beskrivs i det nya papperet, kallad "millilins", "antas vara cirka 10, 000 solmassor, och består troligen av ett stjärnkluster. En fördel med ett millistor objektiv är att det är tillräckligt litet för att inte blockera hela källan, vilket gör att jetklumparna kan förstoras och ses när de färdas, en och en, bakom linsen. Vad mer, forskarna säger att själva linsen är av vetenskapligt intresse eftersom det inte är mycket känt om föremål av detta mellanliggande massintervall.

"Detta system kan ge ett fantastiskt kosmiskt laboratorium för både studier av gravitationsmillilinsering och kärnstrålens inre funktion i en aktiv galax, "säger Readhead.

De nya resultaten är en del av ett OVRO-program för att få observationer två gånger i veckan om 1, 800 aktiva supermassiva svarta hål och deras värdgalaxer, med OVRO:s 40-meters teleskop, som detekterar radioutsläpp från himmelska föremål. Programmet har körts sedan 2008 till stöd för NASA:s Fermi -uppdrag, som observerar samma galaxer i gammastrålningar med högre energi.

År 2010, OVRO -forskarna märkte att något ovanligt händer med galaxen i studien, en aktiv galax som heter PKS 1413+ 135. Dess radioemission hade ljusnat, urblekt, och ljusnade sedan igen på ett mycket symmetriskt sätt under ett år. Samma typ av händelse inträffade igen 2015. Efter en noggrann analys som utesluter andra scenarier, forskarna drog slutsatsen att den övergripande ljusningen av galaxen troligen beror på två på varandra följande höghastighetsklumpar som matas ut av galaxens svarta hål med några års mellanrum. Klumparna färdades längs strålen och förstorades när de passerade bakom millilinsen.

"Det har tagits observationer av ett stort antal galaxer för att hitta det här objektet med de symmetriska dipsen i ljusstyrka som pekar på närvaron av en gravitationslins, "säger medförfattaren Timothy Pearson, en senior forskare vid Caltech som hjälpte till att upptäcka 1981 att jetklumparna färdas nära ljusets hastighet. "Vi tittar nu hårt på alla våra andra data för att försöka hitta liknande objekt som kan ge en förstorad bild av galaktiska kärnor."

Nästa steg för att bekräfta PKS 1413+ 135-resultaten är att observera galaxen med en teknik som kallas mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI), där radioteleskop över hela världen samarbetar för att bilda kosmiska objekt i detalj. Forskarna planerar att använda denna teknik från och med i höst för att titta på galaxen och dess supermassiva svarta hål, som förväntas skjuta ut ytterligare en klump jetmaterial under de närmaste åren. Med VLBI -tekniken, de borde kunna se klumpen utsmord i en båge över himlen via milli-linsens ljusböjande effekter. Att identifiera en båge skulle bekräfta att en millilins verkligen förstorar de ultrasnabba jetklumparna som sprutar från ett supermassivt svart hål.

"Vi kunde inte göra sådana här studier utan ett universitetsobservatorium som Owens Valley Radio Observatory, där vi har tid att ägna ett stort teleskop uteslutande till ett enda program, "sa Readhead.

De två studierna, betitlad, "Symmetrisk akromatisk variation i aktiva galaxer:En kraftfull ny gravitationell linsprob?" och "The Peculiar Light Curve of J1415+1320:A Case Study in Extreme Scattering Events, "publiceras i The Astrophysical Journal .