الكون المرئي هو مكان كبير للغاية ، ويبلغ قطره حوالي 91 مليار سنة ضوئية. ونتيجة لذلك ، يضطر علماء الفلك إلى الاعتماد على أدوات قوية لرؤية الأشياء البعيدة. ولكن حتى هذه الأشياء محدودة في بعض الأحيان ، ويجب أن تقترن بتقنية تعرف باسم العدسة التثاقلية. يتضمن هذا الاعتماد على توزيع كبير للمادة (مجرة أو نجمة) لتكبير الضوء القادم من جسم بعيد.
باستخدام هذه التقنية ، تمكن فريق دولي بقيادة باحثين من مرصد أوينز فالي المرصد الراديوي لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك) من مراقبة نفث الغاز الساخن من ثقب أسود فائق الكتلة في مجرة بعيدة (تعرف باسم PKS 1413 + 135). قدم هذا الاكتشاف أفضل عرض حتى الآن لأنواع الغاز الساخن التي يتم اكتشافها غالبًا من مراكز الثقوب السوداء الهائلة (SMBH).
تم وصف نتائج البحث في دراستين تم نشرهما في عدد 15 أغسطس المجلة الفيزيائية الفلكية. وقد قاد كلاهما هاريش فيدانثام ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وكانا جزءًا من مشروع دولي بقيادة أنتوني ريدهيد - أستاذ روبنسون لعلم الفلك ، الفخري ، ومدير OVRO.
كان مشروع OVRO نشطًا منذ عام 2008 ، حيث قام بإجراء عمليات رصد مرتين أسبوعيًا لحوالي 1800 من SMBHs النشطة والمجرات الخاصة بها باستخدام تلسكوبها البالغ طوله 40 مترًا. وقد أجريت هذه الملاحظات لدعم التلسكوب الفيرمي لأشعة غاما التابع لوكالة ناسا ، والذي أجرى دراسات مماثلة لهذه المجرات و SMBHs الخاصة بها خلال نفس الفترة.
كما أوضح الفريق في دراستيهما ، فقد قدمت هذه الملاحظات رؤية جديدة في كتل المادة التي يتم إخراجها بشكل دوري من الثقوب السوداء الهائلة ، بالإضافة إلى فتح إمكانيات جديدة لأبحاث عدسة الجاذبية. كما أشار د. فيدانثام في بيان صحفي لـ Caltech:
"لقد علمنا بوجود هذه الكتل من المواد المتدفقة على طول نفاثات الثقب الأسود ، وأنها تقترب من سرعة الضوء ، ولكن لا يُعرف الكثير عن هيكلها الداخلي أو كيفية إطلاقها. مع أنظمة العدسات مثل هذه ، يمكننا أن نرى التكتلات أقرب إلى المحرك المركزي للثقب الأسود وبتفاصيل أكثر من ذي قبل. "
في حين يُعتقد أن جميع المجرات الكبيرة تحتوي على SMBH في مركز مجرتهم ، لا تحتوي جميعها على نفاثات من الغاز الساخن المصاحبة لها. يرتبط وجود مثل هذه الطائرات بما يعرف باسم نواة المجرة النشطة (AGN) ، وهي منطقة مضغوطة في مركز مجرة مشرقة بشكل خاص في العديد من الأطوال الموجية - بما في ذلك الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء والبصرية والأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة السينية وأشعة جاما.
هذه الطائرات هي نتيجة لمواد يتم سحبها باتجاه SMBH ، وينتهي الأمر بإخراج بعضها على شكل غاز ساخن. تنتقل المواد الموجودة في هذه التيارات بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، وتكون التيارات نشطة لفترات تتراوح من 1 إلى 10 مليون سنة. في حين أن الطائرات متناسقة نسبيًا في معظم الأوقات ، فإنها تبصق كل بضع سنوات ، كتلًا إضافية من المادة الساخنة.
في عام 2010 ، لاحظ باحثو OVRO أن انبعاثات الراديو PKS 1413 + 135 قد سُطعت وتلاشت ثم سُطعت مرة أخرى على مدار عام. في عام 2015 ، لاحظوا نفس السلوك وأجروا تحليلاً مفصلاً. بعد استبعاد تفسيرات محتملة أخرى ، استنتجوا أن التفتيح الكلي كان على الأرجح ناتجًا عن كتلتي مواد عالية السرعة يتم طردهما من الثقب الأسود.
سافرت هذه الكتل على طول الطائرة وأصبحت مكبرة عندما مرت خلف عدسة الجاذبية التي كانوا يستخدمونها في ملاحظاتهم. كان هذا الاكتشاف محظوظًا للغاية ، وكان نتيجة سنوات عديدة من الدراسة الفلكية. كما أوضح تيموثي بيرسون ، وهو عالم أبحاث بارز في Caltech ومؤلف مشارك في الورقة:
"لقد أخذ عددًا كبيرًا من المجرات من الملاحظات للعثور على هذا الشيء مع الانخفاضات المتناظرة في السطوع التي تشير إلى وجود عدسة جاذبية. نحن نبحث الآن بجدية في جميع بياناتنا الأخرى في محاولة للعثور على أجسام متشابهة يمكن أن تعطي رؤية مكبرة للنوى المجرية ".
الأمر المثير في ملاحظات الفريق الدولي هو طبيعة "العدسة" التي استخدموها. في الماضي ، اعتمد العلماء على العدسات الضخمة (أي المجرات بأكملها) أو العدسات الدقيقة التي تتكون من النجوم المفردة. ومع ذلك ، اعتمد الفريق بقيادة الدكتور فيدانثام والدكتور ريدهيد على ما يصفونه بـ "عدسة ملي" تضم حوالي 10000 كتلة شمسية.
قد تكون هذه أول دراسة في التاريخ تعتمد على عدسة متوسطة الحجم ، والتي يعتقدون على الأرجح أنها كتلة نجمية. تتمثل إحدى مزايا العدسة بحجم المللي في أنها ليست كبيرة بما يكفي لحجب مصدر الضوء بالكامل ، مما يسهل اكتشاف الأشياء الصغيرة. مع نظام العدسات الجاذبية الجديد هذا ، يُقدر أن الفلكيين سيكونون قادرين على مراقبة التكتلات بمقاييس أصغر بحوالي 100 مرة من ذي قبل. كما أوضح Readhead:
"التكتلات التي نراها قريبة جدًا من الثقب الأسود المركزي وهي صغيرة الحجم - لا تتجاوز بضعة أيام ضوئية. نعتقد أن هذه المكونات الصغيرة التي تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء يتم تكبيرها بواسطة عدسة الجاذبية في المجرة الحلزونية الأمامية. وهذا يوفر دقة رائعة لمليون جزء من الثانية من القوس ، وهو ما يعادل مشاهدة حبة ملح على القمر من الأرض ".
علاوة على ذلك ، يشير الباحثون إلى أن العدسة نفسها ذات أهمية علمية ، لسبب بسيط هو أنه لا يُعرف الكثير عن الأشياء الموجودة في هذا النطاق الشامل. وبالتالي ، يمكن أن تعمل هذه المجموعة النجمية المحتملة كنوع من المختبر ، مما يمنح الباحثين فرصة لدراسة عدسة الجاذبية الملي في حين يوفر أيضًا رؤية واضحة للطائرات النووية المتدفقة من نوى المجرة النشطة.
وبالنظر إلى المستقبل ، يأمل الفريق في تأكيد نتائج دراستهم باستخدام تقنية أخرى تعرف باسم قياس التداخل الأساسي (VLBI). وسيشمل ذلك تلسكوبات راديوية من جميع أنحاء العالم تلتقط صوراً تفصيلية لـ PKS 1413 + 135 و SMBH في مركزها. بالنظر إلى ما لاحظوه حتى الآن ، من المحتمل أن يبصق هذا SMBH كتلة أخرى من المادة في غضون بضع سنوات (بحلول عام 2020).
تخطط Vedantham و Readhead وزملاؤهم للاستعداد لهذا الحدث. إن اكتشاف هذه الكتلة التالية لن يؤدي فقط إلى التحقق من صحة دراساتهم الأخيرة ، ولكنه سيثبت أيضًا تقنية العدسة الملي التي استخدموها لإجراء ملاحظاتهم. وكما أوضح ريدهيد ، "لا يمكننا إجراء مثل هذه الدراسات بدون مرصد جامعي مثل مرصد أوينز فالي الراديوي ، حيث لدينا الوقت لتكريس تلسكوب كبير حصريًا لبرنامج واحد".
تم إجراء الدراسات بفضل التمويل المقدم من وكالة ناسا ، ومؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ، ومعهد سميثسونيان ، وأكاديمية فنكا ، وأكاديمية فنلندا ، وشيلي سنترو دي إكسلنسيا إن أستروفيسيكا إي تيكنولوجياس أفينز (CATA).
