Ερευνητικά Νέα

Κοσμικός Μεγεθυντικός Φακός αποκαλύπτει την Εσωτερική Δομή Πιδάκων που Εκτοξεύονται από Υπερμεγέθεις Μελανές Οπές

Ένα μοναδικό σύστημα βαρυτικών φακών ανακαλύφθηκε πρόσφατα, στο οποίο ένας φακός μάζας 10.000 ηλιακών μαζών μεγεθύνει έναν απόμακρο γαλαξία που περιέχει μια υπερμεγέθη μελανή οπή, κι έναν πίδακα ύλης που εκτοξεύεται από αυτήν. Η ανακάλυψη παρέχει την λεπτομερέστερη απεικόνιση της δομής παρόμοιων πιδάκων.
 
Πολλές υπερμαζικές μελανές οπές στα κέντρα των γαλαξιών εκτοξεύουν πίδακες ύλης που ταξιδεύουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Η βαρύτητα της μελανής οπής προσελκύει ύλη προς το μέρος της, ένα μέρος του προσπίπτοντος υλικού όμως καταλήγει να εκτοξεύεται μακρυά από την οπή, με τη μορφή πίδακα. Τέτοιοι πίδακες παραμένουν ενεργοί για ένα με δέκα εκατομμύρια χρόνια, και κάθε μερικά χρόνια εκτοξεύουν νέα συσσωματώματα υλικού. Με το νεοανακαλυφθέν σύστημα βαρυτικού φακού,  τα συσσωματώματα αυτά μπορούν να αναλυθούν με ακρίβεια 100 φορές μεγαλύτερη από ότι πριν – με ανάλυση ενός εκατομμυριοστού του δεύτερου λεπτού της μοίρας, που ισοδυναμεί με την ανάλυση που χρειάζεται για να δούμε από τη Γη έναν κόκκο αλατιού στην επιφάνεια της Σελήνης. 

Ένα κρίσιμο στοιχείο της νέας ανακάλυψης είναι ο ίδιος ο βαρυτικός φακός. Εάν η φύση του επιβεβαιωθεί, αυτός θα είναι ο πρώτος βαρυτικός φακός “ενδιάμεσης” μάζας, ανάμεσα στους “μικρο-φακούς” (με μάζα περίπου όσο ο Ήλιος μας) και τους “μαζικούς φακούς” (με μάζα περίπου όσο ο γαλαξίας μας ή μεγαλύτερη, τρισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου).

Ο συγκεκριμένος βαρυτικός φακός, που καλείται «μιλι-φακός» (milli-lens) φαινεται πως έχει μάζα περί τις 10,000 ηλιακές μάζες. Πιθανώς πρόκειται για ένα αστρικό σμήνος, ή ίσως ένα συσσωμάτωμα σκοτεινής ύλης. Το πλεονέκτημα των “μιλι-φακών” είναι ότι λόγω του σχετικά μικρού μεγέθους τους δεν συσκοτίζουν την ακτινοβολία από την πηγή πίσω τους, και επιτρέπουν έτσι τη μεγέθυνση των στοιχείων του πίδακα καθώς περνούν, το ένα μετά το άλλο, πίσω από το φακό. Ο ίδιος ο φακός παρουσιάζει επίσης μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς, αν πρόκειται για συσσωμάτωμα σκοτεινής ύλης, λίγα πράγματα είναι γνωστά για παρόμοια αντικείμενα ενδιάμεσων μαζών.
 
Οι νέες αυτές παρατηρήσεις είναι μέρος ενός προγράμματος του Ραδιοπαρατηρητηρίου στο Owens Valley (OVRO) στην Καλιφόρνια, για τις ανάγκες του οποίου 1.800 υπερ-μαζικές μελανές οπές παρατηρούνται δύο φορές την εβδομάδα.  Το πρόγραμμα είναι σε λειτουργία από το 2008, και παρέχει παρατηρήσεις για την διαστημική αποστολή Fermi της NASA, η οποία παρατηρεί την ίδια χρονική στιγμή τις ίδιες πηγές σε ακτίνες γ.
 
Το 2010, οι ερευνητές του OVRΟ παρατήρησαν μια ασυνήθιστη συμπεριφορά στον ενεργό γαλαξία PKS 1413+ 135. Τα ραδιοκύματα που εξέπεμπε έγιναν λαμπρότερα, έπειτα έγιναν αμυδρότερα, και ξανά λαμπρότερα με έναν πολύ συμμετρικό τρόπο, στη διάρκεια ενός χρόνου. Η ίδια συμπεριφορά επαναλήφθηκε το 2015. Έπειτα από μια προσεκτική ανάλυση που απέκλεισε άλλες ερμηνείες, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η αύξηση της λαμπρότητας της πηγής ήταν αποτέλεσμα της διέλευσης, το 2010 και το 2015, δύο διαδοχικών στοιχείων του πίδακα πίσω από το φακό, που μεγεθύνθηκαν από αυτόν, και εμφανίστηκαν λαμπρότερα εξαιτίας τους.
 

 
Σχηματική αναπαράσταση της γεωμετρίας του βαρυτικού φακού που επέτρεψε την ανακάλυψη (Credit: A. Readhead, Caltech)


Η μεταβολή στην εκπομπή ραδιοφωνικής ακτινοβολίας του PKS1413+135 ως συνάρτηση του χρόνου (Vedantham et al. 2017).

Επικεφαλής της διεθνούς ερευνητικής ομάδας είναι ο ομότιμος Καθηγητής του Caltech Anthony Readhead (στενός συνεργάτης σε σημαντικά πειράματα του Πανεπιστημίου Κρήτης συμπεριλαμβανομένων των RoboPol και PASIPHAE), ενώ στην ομάδα συμμετείχε η Βασιλική Παυλίδου, επίκουρη καθηγήτρια του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης, η οποία είναι μέλος της επιστημονικής κοινοπραξίας του OVRO από το 2008. 
 
Άλλοι συνεργάτες στη συγκεκριμένη ανακάλυψη περιλαμβάνουν τους Harish Vedantham, Timothy Pearson και  Vikram Ravi του Caltech, Walter Max-Moerbeck και Anton Zensus του Max Planck Institute for Radio Astronomy στη Γερμανία,   Talvikki Hovatta του University of Turku και Aalto University Metsähovi Radio Observatory στη Φινλανδία,  Anne Lähteenmäki και Merja Tornikoski του Aalto University Metsähovi Radio Observatory,  Mark Gurwell του Smithsonian Astrophysical Observatory στις ΗΠΑ,  Roger Blandford του Stanford University στις ΗΠΑ και του Rodrigo Reeves του University of Concepción στη Χιλή.

Επιστημονικά άρθρα: “Symmetric Achromatic Variability in Active Galaxies: A Powerful New Gravitational Lensing Probe?” by Vedantham et al. The Astrophysical Journal, 845, 89, και "The Peculiar Light Curve of J1415 + 1320: A Case Study in Extreme Scattering Events" by  Vedantham et al. 2017, The Astrophysical Journal, 845, 90

Περισσότερες πληροφορίες είναι διαθέσιμες και στο  πρωτότυπο δελτίο τύπου του Caltech.

 

Αύγουστος 2017

Σελίδες

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - GR-70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301