Lentila cosmică le permite astronomilor să mărească burpurile unei găuri negre

Astronomii au surprins cea mai bună privire vreodată la stropi de gaz fierbinte care fug de o gaură neagră supermasivă, datorită unui nou tip de lupă cosmică.

Anthony Readhead de la Owens Valley Radio Observatory de la Caltech și colegii au surprins două explozii mici, fierbinți, care se îndepărtează de o galaxie strălucitoare numită J1415+1320, aproape de viteza luminii. Deși galaxia se află la miliarde de ani lumină distanță și bloburile sunt minuscule în comparație cu galaxia, se pare că o aliniere norocoasă a stelelor ar fi creat ceea ce se numește lentilă gravitațională, mărind galaxia și împrejurimile sale.

„Ne uităm direct în miezul nucleului acestei galaxii active”, spune Readhead. „Credem că aceasta este potențial o nouă fereastră foarte puternică.” Cercetătorii își raportează concluziile pe 20 august în două lucrări din Jurnalul de astrofizică.

J1415+1320 este ceea ce se numește blazar, o galaxie strălucitoare cu o gaură neagră supermasivă lacomă în centru (SN: 3/4/17, str. 13). Gaura neagră se hrănește activ cu un disc de gaz încins alb care se învârte în jurul ei, făcând galaxia gazdă să strălucească puternic în undele gamma și radio. Galaxia se numără printre cei aproximativ 1.800 de blazari pe care Readhead și echipa sa i-au observat de două ori pe săptămână din 2008. „Nimeni nu s-a uitat la cer așa până acum”, spune el.

Începând din 2009, J1415+1320 a început să facă ceva extrem de ciudat. Pe parcursul a aproximativ un an, blazarul a devenit mai luminos, apoi s-a mai slab, apoi din nou mai luminos. Trasarea luminozității sale în timp a scos la iveală o formă de U simetrică în date.

La început, echipa a crezut că schimbarea a fost cauzată de un nor de plasmă din Calea Lactee care s-a întâmplat să treacă între Pământ și blazar, împrăștiindu-și lumina. Dar același lucru s-a întâmplat din nou în 2014.

Conversațiile cu colegii de la alte observatoare au arătat că galaxia s-a comportat în același mod atunci când a fost observată la multe lungimi de undă electromagnetică, nu doar cu un radiotelescop. Asta nu s-ar întâmpla dacă un nor rătăcit de plasmă ar fi de vină.

Acum, Readhead și colegii săi susțin că văd că gaura neagră a blazarului emite mici eructe de plasmă, mărite de sute de ori de un nou tip de lentilă gravitațională. Aceste lentile cosmice sunt obiecte masive care pot îndoi calea luminii care trece pe lângă ele, făcând sursele de lumină din fundal să pară distorsionate din punctul de vedere al telescoapelor de pe Pământ. Astronomii pot folosi această distorsiune pentru a afla despre obiectele de fundal și lentilele acestora.

Până acum, toate lentilele cunoscute au fost fie enorme – de milioane de ori masa Soarelui, ca o întreagă galaxie – sau relativ mici, ca o singură planetă.

Lentila care a mărit J1415+1320 pare să fie ceva la mijloc, de la 1.000 la 1 milion de ori masa soarelui. Se află la aproximativ 2,7 miliarde de ani lumină distanță și este asociat cu o galaxie spirală, dar este mai puțin masivă decât întreaga galaxie. Lentila s-ar putea afla în interiorul sau în apropierea galaxiei și ar putea fi o colecție de mii de stele ca un cluster globular. Sau ar putea fi ceva mai exotic, cum ar fi găurile negre de dimensiuni medii greu de identificat.

Caracteristicile în formă de U din date au apărut atunci când gaura neagră a emis aglomerări de materie care s-au îndepărtat cu viteza aproape de viteza luminii și au trecut în spatele acestei lentile din perspectiva Pământului, spune echipa.

„Aceasta a fost o observație extrem de interesantă, unică”, spune astrofizicianul Eileen Meyer de la Universitatea din Maryland, județul Baltimore. „Din câte știu eu, nu a existat nimic de genul acesta care să fi fost observat înainte.”

Echipa lui Readhead mai trebuie să facă mai multe observații pentru a confirma faptul că obiectivul este real. Dar dacă este, ar putea ajuta la rezolvarea unui mister remarcabil despre găurile negre: modul în care acestea aruncă jeturi de particule încărcate fierbinți în spațiu. Multe galaxii active prezintă aceste jeturi strălucitoare, dar originile lor sunt misterioase.

„De fapt, nu știm cum sunt lansate aceste avioane”, spune Harish Vedantham, de asemenea de la Owens Valley Radio Observatory și coautor al noilor lucrări. „Nu avem răspunsuri definitive pentru că nu putem face o imagine pe [size] scara unde are loc această emisie.”

Noile observații ale lui J1415+1320 nu sunt chiar o astfel de imagine. Dar ei sugerează o modalitate de a produce într-o zi unul. Lentila a mărit gaura neagră de 100 de ori mai mult decât este posibil cu telescoapele actuale, așa că mai multe observații ar putea ajuta la dezvăluirea mai multor despre natura ei.

„Acesta este ca o piatră de temelie”, spune Vedantham. „Aceasta este o tehnică posibilă pentru a intra și a obține această vedere de înaltă rezoluție a modului în care o gaură neagră lansează aceste jeturi.”

Dacă observațiile ulterioare exclud obiectivul, atunci lucrurile ar putea deveni și mai ciudate. „Dacă nu este o lentilă gravitațională, atunci este o proprietate intrinsecă a jeturilor în sine”, spune Readhead. „Atunci va avea implicații interesante pentru fizica avionului real. Cred că este o situație de câștig-câștig.”