เอกภพที่สังเกตได้นั้นเป็นสถานที่ที่ใหญ่มากวัดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 91 พันล้านปีแสง เป็นผลให้นักดาราศาสตร์ถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพเพื่อดูวัตถุที่ห่างไกล แต่บางครั้งก็มีข้อ จำกัด และต้องจับคู่กับเทคนิคที่รู้จักกันในชื่อเลนส์ความโน้มถ่วง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการพึ่งพาสสารจำนวนมาก (กาแลคซีหรือดาว) เพื่อขยายแสงที่มาจากวัตถุระยะไกล
การใช้เทคนิคนี้ทีมนานาชาตินำโดยนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech) Owens Valley Radio Observatory (OVRO) สามารถสังเกตการณ์ไอพ่นของก๊าซร้อนที่พ่นออกมาจากหลุมดำมวลมหาศาลในกาแลคซีไกลโพ้น (รู้จักในชื่อ PKS 1413 + 135) การค้นพบนี้ให้มุมมองที่ดีที่สุดจนถึงวันที่ประเภทของก๊าซร้อนที่ตรวจพบมักมาจากศูนย์กลางของหลุมดำมวลมหาศาล (SMBH)
ผลการวิจัยถูกอธิบายในงานวิจัยสองชิ้นที่ตีพิมพ์ในฉบับที่ 15 สิงหาคมของ วารสาร Astrophysical ทั้งคู่นำโดย Harish Vedantham นักวิชาการหลังปริญญาเอกของ Caltech Millikan และเป็นส่วนหนึ่งของโครงการระหว่างประเทศที่นำโดย Anthony Readhead - ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ของ Robinson, กิตติคุณและผู้อำนวยการของ OVRO
โครงการ OVRO นี้เปิดใช้งานมาตั้งแต่ปี 2551 โดยทำการสำรวจสัปดาห์ละสองครั้งของ SMBH ที่ใช้งานอยู่ 1,800 แห่งและกาแลคซีแต่ละแห่งโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 40 เมตร การสำรวจเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศแกมมาแกมมาแฟร์ของนาซ่าซึ่งได้ทำการศึกษาแบบเดียวกันกับกาแลคซีและ SMBHs ในช่วงเวลาเดียวกัน
ตามที่ทีมงานระบุไว้ในการศึกษาทั้งสองของพวกเขาการสำรวจเหล่านี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกลุ่มของสสารที่ถูกขับออกมาจากหลุมดำมวลยวดยิ่งเป็นระยะรวมทั้งเปิดโอกาสใหม่ ๆ สำหรับการวิจัยเลนส์แรงโน้มถ่วง ดังที่ Dr. Vedantham ระบุไว้ในแถลงการณ์ล่าสุดของ Caltech:
“ เรารู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของกลุ่มวัสดุสตรีมมิ่งเหล่านี้ไปตามไอพ่นของหลุมดำและพวกมันเคลื่อนที่เข้าใกล้กับความเร็วแสง แต่ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของมันหรือวิธีการเปิดตัว ด้วยระบบการทำเลนส์แบบนี้เราสามารถเห็นกระจุกใกล้กับเครื่องยนต์กลางของหลุมดำและรายละเอียดมากกว่าเดิม "
ในขณะที่กาแลคซีขนาดใหญ่ทั้งหมดเชื่อว่ามี SMBH ที่ใจกลางกาแลคซีของพวกเขา แต่ทุกคนก็ไม่ได้มีไอพ่นของก๊าซร้อนมากับพวกเขา การปรากฏตัวของไอพ่นนั้นเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่า Active Galactic Nucleus (AGN) ซึ่งเป็นบริเวณที่มีขนาดกะทัดรัดที่ใจกลางกาแลคซีซึ่งมีความสว่างมากเป็นพิเศษในช่วงคลื่นที่หลากหลายเช่นวิทยุไมโครเวฟอินฟราเรดแสงแสงอัลตร้าไวโอเล็ต รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา
เครื่องบินไอพ่นเหล่านี้เป็นผลมาจากวัสดุที่ถูกดึงเข้าหา SMBH ซึ่งบางส่วนก็ถูกปล่อยออกมาในรูปของก๊าซร้อน วัสดุในลำธารเหล่านี้เดินทางใกล้ความเร็วแสงและลำธารมีการใช้งานเป็นระยะเวลาตั้งแต่ 1 ถึง 10 ล้านปี ในขณะที่เครื่องบินไอพ่นนั้นค่อนข้างคงที่ทุก ๆ สองสามปีที่ผ่านมาพวกมันพ่นควันออกมาเป็นก้อน ๆ
ย้อนกลับไปในปี 2010 นักวิจัย OVRO สังเกตว่าการปล่อยคลื่นวิทยุของ PKS 1413 + 135 นั้นสว่างขึ้นจางลงและสว่างขึ้นอีกครั้งในช่วงเวลาหนึ่งปี ในปี 2558 พวกเขาสังเกตเห็นพฤติกรรมเดียวกันและทำการวิเคราะห์อย่างละเอียด หลังจากพิจารณาคำอธิบายอื่น ๆ ที่เป็นไปได้พวกเขาสรุปว่าการเพิ่มความสว่างโดยรวมน่าจะเกิดจากก้อนวัสดุความเร็วสูงสองก้อนถูกพุ่งออกมาจากหลุมดำ
กอเหล่านี้เดินทางไปตามเจ็ตและกลายเป็นภาพขยายเมื่อพวกเขาผ่านเลนส์ความโน้มถ่วงที่พวกเขาใช้ในการสังเกตการณ์ การค้นพบนี้ค่อนข้างบังเอิญและเป็นผลมาจากการศึกษาทางดาราศาสตร์หลายปี ในฐานะที่เป็นทิโมธีเพียร์สันนักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่คาลเทคและผู้ร่วมเขียนบทความอธิบาย:
“ มันมีการสำรวจกาแลคซีจำนวนมากเพื่อค้นหาวัตถุชิ้นนี้ด้วยการลดความสมมาตรในความสว่างซึ่งชี้ไปที่การปรากฏตัวของเลนส์ความโน้มถ่วง ตอนนี้เรากำลังดูข้อมูลอื่น ๆ ของเราอย่างหนักเพื่อพยายามค้นหาวัตถุที่คล้ายกันซึ่งสามารถให้มุมมองที่กว้างขึ้นของนิวเคลียสกาแล็กซี่”
สิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับการสังเกตของทีมระหว่างประเทศก็คือธรรมชาติของ“ เลนส์” ที่ใช้ ในอดีตนักวิทยาศาสตร์พึ่งพาเลนส์ขนาดใหญ่ (เช่นกาแลคซีทั้งหมด) หรือเลนส์ไมโครที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์เดี่ยว อย่างไรก็ตามทีมนำโดย Dr. Vedantham และ Dr. Readhead อาศัยสิ่งที่พวกเขาอธิบายว่าเป็น“ หนึ่งในพันล้านเลนส์” ของดวงอาทิตย์ประมาณ 10,000 ดวง
นี่อาจเป็นการศึกษาครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่อาศัยเลนส์ขนาดกลางซึ่งพวกเขาเชื่อว่าน่าจะเป็นกลุ่มดาว ข้อดีอย่างหนึ่งของเลนส์ที่มีขนาดหลายพันล้านพิกเซลคือมันมีขนาดไม่ใหญ่พอที่จะกันแสงจากแหล่งกำเนิดแสงทั้งหมดทำให้ง่ายต่อการตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กลง ด้วยระบบเลนส์ความโน้มถ่วงใหม่นี้คาดว่านักดาราศาสตร์จะสามารถสังเกตเห็นกระจุกที่เกล็ดเล็กกว่าประมาณ 100 เท่าก่อนหน้านี้ ดังที่ Readhead อธิบาย:
“ กระจุกที่เราเห็นอยู่ใกล้กับหลุมดำกลางและเล็กมาก - เพียงไม่กี่วันเท่านั้น เราคิดว่าส่วนประกอบเล็ก ๆ เหล่านี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงใกล้เคียงกำลังถูกขยายโดยเลนส์ความโน้มถ่วงในกาแลคซีกังหันด้านหน้า ซึ่งให้ความละเอียดที่ยอดเยี่ยมของส่วนโค้งที่หนึ่งในล้านวินาทีซึ่งเทียบเท่ากับการรับชมเกลือเม็ดหนึ่งบนดวงจันทร์จากโลก”
ยิ่งไปกว่านั้นนักวิจัยระบุว่าตัวเลนส์เองนั้นเป็นที่สนใจทางวิทยาศาสตร์ด้วยเหตุผลง่ายๆที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักวัตถุในช่วงมวลนี้ กลุ่มดาวฤกษ์ที่มีศักยภาพนี้สามารถทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการได้ดังนั้นนักวิจัยจึงมีโอกาสศึกษาเลนส์ความโน้มถ่วงหลายพันมิลลิวินาทีขณะเดียวกันก็ให้มุมมองที่ชัดเจนของไอพ่นนิวเคลียร์ที่ไหลเวียนจากนิวเคลียสกาแลคซี
มองไปข้างหน้าทีมหวังที่จะยืนยันผลการศึกษาของพวกเขาโดยใช้เทคนิคอื่นที่เรียกว่า Very-Long Baseline Interferometry (VLBI) สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุจากทั่วโลกที่ถ่ายรายละเอียดของ PKS 1413 + 135 และ SMBH ที่ศูนย์กลาง เมื่อพิจารณาจากสิ่งที่พวกเขาสังเกตเห็นมันมีโอกาสที่ SMBH นี้จะคายสสารอีกครั้งในเวลาไม่กี่ปี (ภายในปี 2563)
Vedantham ผู้อ่านและเพื่อนร่วมงานวางแผนที่จะพร้อมสำหรับเหตุการณ์นี้ การมองเห็นกอต่อไปนี้ไม่เพียง แต่จะตรวจสอบการศึกษาล่าสุดของพวกเขาเท่านั้น แต่มันยังจะตรวจสอบเทคนิคของเลนส์หนึ่งในพันที่พวกเขาใช้ในการสังเกตการณ์ด้วย ดังที่ Readhead ระบุว่า“ เราไม่สามารถศึกษาเช่นนี้ได้โดยไม่ต้องมีหอสังเกตการณ์มหาวิทยาลัยเช่นหอสังเกตการณ์วิทยุ Owens Valley ซึ่งเรามีเวลาที่จะอุทิศกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ให้กับรายการเดียว”
การศึกษาดังกล่าวเกิดขึ้นได้จากการระดมทุนของ NASA, National Science Foundation (NSF), สถาบัน Smithsonian, Academia Sinica, Academy of Finland และชิลี Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA)
