En galax med minst ett aktivt supermassivt svart hål – som heter OJ 287 – har orsakat många irritationer och frågor tidigare. Den emitterade strålningen från detta objekt spänner över ett brett spektrum – från radion till de högsta energierna i TeV-regimen. Den potentiella periodiciteten i den variabla optiska emissionen gjorde denna galax till en kandidat för ett supermassivt binärt svart hål i dess centrum. Objektet betecknades således som en Rosetta-sten av aktiva galaktiska kärnor som uttryckte hopp om att detta objekt skulle kunna vara ett prototypiskt objekt och när det väl dechiffrerades, kan förklara grundläggande egenskaper hos aktiva svarta hål i allmänhet. Nu har ett internationellt team av astronomer under ledning av Max Planck-forskare upptäckt att den aktiva galaktiska kärnan i OJ 287 genererar en jämnt förekommande jet på en tidsskala av cirka 22 år. Jetens precession kan också förklara variationen i galaxens strålning. Denna upptäckt löser många gåtor på en gång och ger en nyckel till att förstå variabiliteten i aktiva galaktiska kärnor.

Resultaten publiceras i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society (2018 juni 21).

Det tog lång tid att dechiffrera de egyptiska hieroglyferna, pyramidernas inskriptioner. Det lyckades till slut med hjälp av den så kallade Rosettastenen som hittades 1799. Denna stele var inskriven med tre versioner av samma text – en på fornegyptiska med hieroglyfisk skrift, en i demotiskt manus, och den nedersta på antik grekiska. Inser att det är samma text, de gåtfulla hieroglyferna kunde dechiffreras och översättas med hjälp av det antika grekiska språket. Denna upptäckt öppnade ett helt nytt fönster för att förstå den antika egyptiska kulturen. Ett forskargrupp har nu dechiffrerat strålen från en galax som har fått namnet Rosetta Stone of blazars. Blazarer är aktiva galaktiska kärnor där ett centralt supermassivt svart hål matas.

Den välkända galaxen OJ 287 på ett avstånd av cirka 3,5 miljarder ljusår hyser minst ett supermassivt svart hål som väger miljoner till miljarder solmassor. Det supermassiva svarta hålet är aktivt och producerar en jet – en plasmaström som har sitt ursprung i det centrala kärnområdet i galaxer i närheten av det centrala svarta hålet. Denna jet kan observeras vid radiovåglängder. Galaxen är också ett välkänt mål för optiska astronomer. Ljusstyrkan i denna galax i den optiska regimen är legendarisk och har observerats sedan slutet av 1800 -talet, ger en av astronomins längsta ljuskurvor.

Dock, trots årtionden av radioobservationer av många jetkällor och många sofistikerade studier, jets förblev gåtfulla. Traditionellt, ursprunget för strålningens ljusstyrkavariationer observerade vid radiovåglängder tillskrevs jetmatningsmekanismen av det centrala svarta hålsystemet. Å andra sidan, de observerade rörliga dragen i jetstrålarna – kallade knutar – tillskrevs stötar som färdades i jetplanen. Forskare letade efter ett samband mellan de båda fenomenen men detta har hittills inte kunnat göras konsekvent.

Forskargruppen ledd av Silke Britzen från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn använde en smart observationsteknik för att i värdefulla detaljer övervaka strålen från OJ 287 nära dess uppskjutningsplats nära det centrala svarta hålet. Tekniken för radiointerferometri involverar radioteleskop runt om i världen för att konstruera ett virtuellt monsterteleskop av jordstorlek som kan zooma in i galaxernas centrum och observera jetstrålar nära det centrala svarta hålet med oöverträffad upplösning.

Genom att överväga en stor datamängd som spänner över en lång tidsperiod, laget har nu funnit en stark indikation på att båda fenomenen har samma ursprung:båda typerna av observationer kan endast förklaras av jetens rörelse. Själva jetstrålningen är på väg. Michal Zajacek, även från MPIfR, som har gjort modelleringen av precessionsmodellen:"Ljusstyrkevariationerna härrör från jetprecessionen som inducerar en variation av Doppler-förstärkningen när strålens betraktningsvinkel ändras. Det var verkligen förvånande när vi fann att inte bara jetprecessionen , det verkar också följa en mindre nutationsliknande rörelse. Den kombinerade precession-nutationsrörelsen leder till radiovariabiliteten och kan också förklara några av ljusflammorna."

"Vi insåg att det är samma fysiska process som förklarar både strålen som vandrar på himlen och ljusstyrkans variationer i galaxen - det är strålens rörelseförändring. Allt är geometri och deterministiskt. Ingen magi inblandad, än så länge", tillägger Silke Britzen. "Detta erbjuder en unik möjlighet att förstå jetstrålarna och deras potentiella ursprung i omedelbar närhet av det svarta hålet. Den här jetstrålen fungerar verkligen som Rosetta-sten för oss och kommer att göra det möjligt att förstå jetstrålar och deras aktiva svarta hål mycket mer fundamentalt."

Britzen och hennes team är övertygade om att precessionsscenariot också kan förklara de 130 åren av optisk flammning av denna källa, men, som alltid, mer data och mer arbete krävs för en slutlig bekräftelse.

En angelägen fråga kvarstår om ursprunget till jetprecessionen. Precession är en fysisk process som är välkänd från snurror eller jorden själv. Vår planets rotationsaxel är inte stabil utan kretsar i rymden med en period på 26, 000 år på grund av solens och månens tidvatteninflytande. För jetprecessionen i EUT 287 har laget angett två möjliga scenarier. "Vi har antingen ett system med två supermassiva svarta hål med den skivutstötande jetstrålen som tvingas att vingla av tidvatteneffekter från det sekundära svarta hålet eller ett enda svart hål som interagerar med en felinriktad accretionskiva." avslutar Christian Fendt från Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg.

Hur som helst, strålen från den aktiva galaxen OJ 287 är en av de bäst förstådda jetstrålarna hittills och kommer säkerligen att användas för att dechiffrera andra extragalaktiska jetstrålar också. Det kan till och med hjälpa till att ytterligare reda ut den gåtfulla aktiviteten hos supermassiva svarta hål.