היקום הנצפה הוא מקום גדול במיוחד, המודד כ- 91 מיליארד שנות אור בקוטר. כתוצאה מכך אסטרונומים נאלצים להסתמך על מכשירים רבי עוצמה כדי לראות עצמים מרוחקים. אך אפילו אלה מוגבלים לעיתים, ויש להתאים אותם לטכניקה המכונה עדשת כבידה. זה כרוך בהסתמכות על תפוצה גדולה של חומר (גלקסיה או כוכב) כדי להגדיל את האור שמגיע מחפץ מרוחק.
באמצעות טכניקה זו הצליח צוות בינלאומי שהובל על ידי חוקרים ממכון הטכנולוגי בקליפורניה (Caltech) Owens Valley Observatory (OVRO) לצפות במטוסים של גז חם המפזרים מחור שחור סופר-מסיבי בגלקסיה רחוקה (המכונה PKS 1413 + 135). הגילוי סיפק את התצוגה הטובה ביותר עד היום של סוגי הגז החם שמתגלים לעיתים קרובות מגיעים ממרכזי החורים השחורים העל-מסיביים (SMBH).
ממצאי המחקר תוארו בשני מחקרים שפורסמו בגיליון ה- 15 באוגוסט של כתב העת האסטרופיזי. שניהם הובלו על ידי חריש וודנת'ם, מלומד פוסט-דוקטורט בקלטק מיליקן, והיו חלק מפרויקט בינלאומי שהובל על ידי אנתוני ריידהד - הפרופסור לרובינסון לאסטרונומיה, אמריטוס ומנהל ה- OVRO.
פרויקט OVRO זה פעיל מאז 2008, ובוצע תצפיות פעמיים בשבוע על כ -1,800 SMBHs פעילים וגלקסיותיהם בהתאמה באמצעות הטלסקופ שלו, 40 מטר. תצפיות אלה נערכו בתמיכה בטלסקופ החלל-קרני פרמה גמא של נאס"א, שערך מחקרים דומים על גלקסיות אלה ושל ה- SMBH שלהם באותה תקופה.
כפי שציין הצוות בשני המחקרים שלהם, תצפיות אלה סיפקו תובנה חדשה על גושי החומר שנפלטים מעת לעת מחורים שחורים על-מסיביים, כמו גם פתיחת אפשרויות חדשות למחקר עדשות כבידה. כפי שציין ד"ר וודנטאם בהצהרת העיתונאים האחרונה של Caltech:
"ידענו על קיומם של גושי החומרים הללו הזורמים לאורך מטוסי חור שחור, ושהם מתקרבים למהירות האור, אך לא ידוע הרבה על המבנה הפנימי שלהם או על אופן שיגורם. עם מערכות עדשות כמו זו, אנו יכולים לראות את הגושים קרובים יותר למנוע המרכזי של החור השחור ובפירוט הרבה יותר מבעבר. "
אומרים שלכל הגלקסיות הגדולות יש SMBH במרכז הגלקסיה שלהם, אך לא לכולם מטוסי גז חם המלווים אותם. נוכחותם של מטוסים כאלה קשורה למה שמכונה גרעין פעיל גלקטי (AGN), אזור קומפקטי במרכז הגלקסיה המואר במיוחד באורכי גל רבים - כולל רדיו, מיקרוגל, אינפרא אדום, אופטי, אולטרה סגול, קרינת קרני רנטגן וגמא.
מטוסים אלו הם תוצאה של חומר הנמשך לכיוון SMBH, שחלקם מופלטים בצורת גז חם. החומר בזרמים אלו נע קרוב למהירות האור, והנחלים פעילים לתקופות שנעו בין 1 ל -10 מיליון שנים. בעוד שרוב הזמן המטוסים עקביים יחסית, כל כמה שנים הם מפטרים גושים נוספים של חומר חם.
עוד בשנת 2010, חוקרי OVRO הבחינו כי פליטות הרדיו של PKS 1413 + 135 התבהרו, דהו ואז התבהרו שוב במהלך שנה. בשנת 2015 הם הבחינו באותה התנהגות וערכו ניתוח מפורט. לאחר שללו הסברים אפשריים אחרים, הם הגיעו למסקנה כי ההבהרה הכוללת נגרמה ככל הנראה משני גושי חומר במהירות גבוהה שנפלטו מהחור השחור.
גושים אלה נסעו לאורך המטוס והתעצמו כאשר הם חלפו מאחורי עדשת הכבידה בה השתמשו לצורך תצפיותיהם. גילוי זה היה די בהצלחה, והיה תוצאה של שנים רבות של מחקר אסטרונומי. כפי שהסביר טימוטי פירסון, מדען מחקר בכיר בסלטק וסופר משותף בעיתון:
"נדרש תצפיות על מספר עצום של גלקסיות כדי למצוא אובייקט אחד זה עם המטבלים הסימטריים בבהירות המצביעים על נוכחות עדשת כבידה. אנו בוחנים כעת את כל הנתונים האחרים שלנו כדי לנסות למצוא עצמים דומים שיכולים לתת מבט מוגדל של גרעינים גלקטיים. "
מה שהיה מרגש גם בתצפיות של הצוות הבינלאומי היה אופי ה"עדשה "בה השתמשו. בעבר הסתמכו המדענים על עדשות מסיביות (כלומר גלקסיות שלמות) או עדשות מיקרו שהורכבו מכוכבים יחידים. עם זאת, הצוות בראשותו של ד"ר וודנטאם וד"ר רידאד הסתמך על מה שהם מתארים כ"מיל-עדשה "של כ -10,000 מסות שמש.
זה יכול להיות המחקר הראשון בהיסטוריה שהסתמך על עדשה בגודל בינוני, שלדעתם ככל הנראה מקבץ כוכבים. אחד היתרונות של עדשה בגודל מילי-בינוני הוא שהיא אינה מספיק גדולה בכדי לחסום את כל מקור האור, מה שמקל על איתור עצמים קטנים יותר. עם מערכת עדשת הכבידה החדשה הזו מעריכים כי אסטרונומים יוכלו לצפות בגושים בקנה מידה קטן פי מאה מבעבר. כפי שהסביר Readhead:
"הגושים שאנו רואים קרובים מאוד לחור השחור המרכזי והם זעירים - רק כמה ימי אור. אנו חושבים שהמרכיבים הזעירים הללו הנעים קרוב למהירות האור מוגדלים באמצעות עדשת כבידה בגלקסיה הספירלית הקדמית. זה מספק רזולוציה נהדרת של מיליון של שנייה מקשת, שקולה לצפייה בגרגר מלח על הירח מכדור הארץ. "
יתר על כן, החוקרים מציינים כי העדשה עצמה היא בעלת עניין מדעי, מהסיבה הפשוטה שלא הרבה ידוע על עצמים בטווח המונים זה. אשכול הכוכבים הפוטנציאלי הזה יכול אפוא לשמש מעין מעבדה, ולתת לחוקרים הזדמנות ללמוד עדשות מיל הכבידה תוך מתן מבט ברור על מטוסי הגרעין הזורמים מגרעינים גלקטיים פעילים.
במבט קדימה, הצוות מקווה לאשר את תוצאות המחקרים שלהם בטכניקה אחרת המכונה אינטרפרומטריה בסיסית מאוד ארוכה (VLBI). זה כרוך בטלסקופי רדיו מרחבי העולם לצלם תמונות מפורטות של PKS 1413 + 135 ואת ה- SMBH במרכזו. בהתחשב במה שצפו עד כה, סביר להניח כי SMBH זו תירוק גוש נוסף של חומר בעוד כמה שנים (עד 2020).
Vedantham, Readhead ועמיתיהם מתכננים להיות מוכנים לאירוע זה. הבחנה בגוש הבא הבא לא רק תקף את המחקרים האחרונים שלהם, אלא גם תקף את הטכניקה של מילי-עדשות בהן השתמשו כדי לבצע את התצפיות שלהם. כפי שציין רידד, "לא יכולנו לעשות מחקרים כאלה בלי מצפה אוניברסיטאי כמו מצפה הכוכבים רדיו אוונס, שם יש לנו זמן להקדיש טלסקופ גדול באופן בלעדי לתוכנית אחת."
המחקרים התאפשרו הודות למימון שהוענק על ידי נאס"א, הקרן הלאומית למדע (NSF), מכון סמיתסוניאן, האקדמיה סניקה, האקדמיה של פינלנד והמרכז הצ'יליאני של אקסלנסיה ואסטרופיסיקה ואי טקנולוגיה אפינס (CATA).
