Alam Semesta yang dapat dilihat adalah tempat yang sangat besar, dengan ukuran diameter 91 bilion tahun cahaya. Akibatnya, ahli astronomi terpaksa bergantung pada instrumen yang kuat untuk melihat objek yang jauh. Tetapi ini kadangkala terhad, dan mesti dipasangkan dengan teknik yang dikenali sebagai lensa graviti. Ini melibatkan bergantung pada sebaran jirim yang besar (galaksi atau bintang) untuk memperbesar cahaya yang datang dari objek yang jauh.
Dengan menggunakan teknik ini, sebuah pasukan antarabangsa yang diketuai oleh penyelidik dari California Observatory Radio Owens Valley (OVRO) Institut Teknologi California (OVRO) dapat melihat jet gas panas yang keluar dari lubang hitam supermasif di galaksi yang jauh (dikenali sebagai PKS 1413 + 135). Penemuan ini memberikan gambaran terbaik mengenai jenis gas panas yang sering dikesan berasal dari pusat lubang hitam supermasif (SMBH).
Hasil kajian dijelaskan dalam dua kajian yang diterbitkan dalam edisi 15 Ogos Jurnal Astrofizik. Kedua-duanya diketuai oleh Harish Vedantham, seorang Caltech Millikan Postdoctoral Scholar, dan merupakan sebahagian daripada projek antarabangsa yang diketuai oleh Anthony Readhead - Profesor Astronomi Robinson, Emeritus, dan pengarah OVRO.
Projek OVRO ini telah aktif sejak tahun 2008, melakukan pemerhatian dua kali seminggu terhadap kira-kira 1.800 SMBH aktif dan galaksi masing-masing menggunakan teleskop 40 meternya. Pemerhatian ini dilakukan untuk menyokong Teleskop Angkasa Fermi Gamma-ray NASA, yang telah melakukan kajian serupa terhadap galaksi ini dan SMBH mereka dalam tempoh yang sama.
Seperti yang ditunjukkan oleh pasukan dalam dua kajian mereka, pemerhatian ini telah memberikan gambaran baru mengenai gumpalan materi yang secara berkala dikeluarkan dari lubang hitam supermasif, serta membuka kemungkinan baru untuk penyelidikan lensa gravitasi. Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Vedantham dalam kenyataan akhbar Caltech baru-baru ini:
"Kami telah mengetahui tentang adanya gumpalan bahan ini di sepanjang jet lubang hitam, dan bahawa mereka bergerak mendekati kelajuan cahaya, tetapi tidak banyak yang diketahui mengenai struktur dalaman mereka atau bagaimana ia dilancarkan. Dengan sistem lensa seperti ini, kita dapat melihat gumpalan lebih dekat dengan mesin pusat lubang hitam dan dengan lebih terperinci daripada sebelumnya. "
Walaupun semua galaksi besar diyakini memiliki SMBH di pusat galaksi mereka, tidak semua jet gas menyertainya. Kehadiran jet seperti itu dikaitkan dengan apa yang dikenali sebagai Active Galactic Nucleus (AGN), kawasan padat di tengah galaksi yang sangat terang di banyak panjang gelombang - termasuk radio, gelombang mikro, inframerah, optik, ultra-ungu, Sinaran sinar-X dan sinar gamma.
Jet ini adalah hasil dari bahan yang ditarik ke arah SMBH, beberapa di antaranya akhirnya dikeluarkan dalam bentuk gas panas. Bahan dalam aliran ini bergerak hampir dengan kelajuan cahaya, dan aliran aktif untuk jangka masa antara 1 hingga 10 juta tahun. Walaupun sebahagian besar masa, jet relatif konsisten, setiap beberapa tahun, mereka mengeluarkan gumpalan tambahan bahan panas.
Kembali pada tahun 2010, para penyelidik OVRO menyedari bahawa pelepasan radio PKS 1413 + 135 telah bertambah cerah, pudar dan kemudian kembali cerah selama setahun. Pada tahun 2015, mereka melihat tingkah laku yang sama dan melakukan analisis terperinci. Setelah menolak penjelasan lain yang mungkin, mereka menyimpulkan bahawa pencerahan keseluruhan mungkin disebabkan oleh dua gumpalan bahan berkelajuan tinggi dikeluarkan dari lubang hitam.
Gumpalan ini bergerak di sepanjang jet dan menjadi hebat apabila mereka melewati lensa graviti yang mereka gunakan untuk pemerhatian mereka. Penemuan ini cukup beruntung, dan merupakan hasil kajian astronomi bertahun-tahun. Sebagai Timothy Pearson, seorang saintis penyelidikan kanan di Caltech dan pengarang bersama di atas kertas, menjelaskan:
"Telah dilakukan pengamatan sejumlah besar galaksi untuk menemukan objek yang satu ini dengan penurunan simetri dalam kecerahan yang menunjukkan adanya lensa gravitasi. Kami kini melihat semua data kami yang lain untuk mencari objek serupa yang dapat memberikan pandangan yang hebat mengenai inti galaksi. "
Apa yang menarik dari pemerhatian pasukan antarabangsa adalah sifat "lensa" yang mereka gunakan. Pada masa lalu, saintis bergantung pada lensa besar (iaitu keseluruhan galaksi) atau lensa mikro yang terdiri daripada bintang tunggal. Walau bagaimanapun, pasukan yang diketuai oleh Dr. Vedantham dan Dr. Readhead bergantung pada apa yang mereka gambarkan sebagai "lensa milli" kira-kira 10,000 massa solar.
Ini boleh menjadi kajian pertama dalam sejarah yang bergantung pada lensa bersaiz pertengahan, yang mereka percaya kemungkinan besar adalah kelompok bintang. Salah satu kelebihan lensa bersaiz milli adalah tidak cukup besar untuk menyekat seluruh sumber cahaya, menjadikannya lebih mudah untuk melihat objek yang lebih kecil. Dengan sistem lensa graviti baru ini, dianggarkan para astronom dapat memerhatikan gumpalan pada skala kira-kira 100 kali lebih kecil daripada sebelumnya. Seperti yang dijelaskan oleh Readhead:
"Gumpalan yang kita lihat sangat dekat dengan lubang hitam tengah dan kecil - hanya beberapa hari cahaya. Kami fikir komponen kecil ini bergerak hampir dengan kelajuan cahaya yang diperbesar oleh lensa graviti pada galaksi lingkaran depan. Ini memberikan resolusi indah sepersepuluh detik busur, yang setara dengan melihat sebiji garam di bulan dari Bumi. "
Lebih-lebih lagi, para penyelidik menunjukkan bahawa lensa itu sendiri mempunyai kepentingan saintifik, dengan alasan mudah bahawa tidak banyak yang diketahui mengenai objek dalam julat jisim ini. Oleh itu, gugus bintang berpotensi ini boleh bertindak sebagai makmal, memberi peluang kepada penyelidik untuk mengkaji lensa mili graviti sambil memberikan pandangan yang jelas mengenai jet nuklear yang mengalir dari nukleus galaksi aktif.
Ke depan, pasukan berharap dapat mengesahkan hasil kajian mereka menggunakan teknik lain yang dikenali sebagai Very-Long Baseline Interferometry (VLBI). Ini akan melibatkan teleskop radio dari seluruh dunia mengambil gambar terperinci PKS 1413 + 135 dan SMBH di pusatnya. Mengingat apa yang telah mereka perhatikan sejauh ini, kemungkinan SMBH ini akan memancarkan masalah lain dalam beberapa tahun (menjelang 2020).
Vedantham, Readhead dan rakan-rakan mereka merancang untuk bersedia untuk acara ini. Melihat gumpalan ini tidak hanya akan mengesahkan kajian terbaru mereka, tetapi juga akan mengesahkan teknik lensa mili yang mereka gunakan untuk melakukan pemerhatian mereka. Seperti yang ditunjukkan oleh Readhead, "Kami tidak dapat melakukan kajian seperti ini tanpa observatorium universiti seperti Balai Cerap Radio Owens Valley, di mana kami mempunyai masa untuk mendedikasikan teleskop besar secara eksklusif untuk satu program."
Kajian-kajian itu dibuat dengan berkat dana yang diberikan oleh NASA, Yayasan Sains Nasional (NSF), Institusi Smithsonian, Academia Sinica, Akademi Finlandia, dan Chile Chile Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).
