L'illustration montre une configuration probable d'un système de lentilles gravitationnelles découvert par OVRO. La « milli-lentille » est située dans ou à proximité de la galaxie spirale intermédiaire. L'objectif grossit des gouttes de matériau de jet dans la galaxie active PKS1413+135, mais les gouttes sont trop petites pour être vues sur l'image radio (en haut à gauche), prises par MOJAVE. Ce n'est que lorsque les gouttes s'éloignent du noyau jaune qu'elles s'étendent et sont visibles sous forme de gouttes roses dans l'image. Crédit :Anthony Readhead/Caltech/MOJAVE
Les astronomes utilisant l'observatoire radio d'Owens Valley (OVRO) de Caltech ont trouvé des preuves d'un système de lentilles bizarre dans l'espace, dans lequel un grand assemblage d'étoiles grossit une galaxie beaucoup plus éloignée contenant un trou noir supermassif crachant des jets. La découverte offre la meilleure vue à ce jour sur les gouttes de gaz chaud qui jaillissent des trous noirs supermassifs.
"Nous connaissons l'existence de ces amas de matière s'écoulant le long des jets de trous noirs, et qu'ils se déplacent près de la vitesse de la lumière, mais on ne sait pas grand-chose de leur structure interne ou de leur mode de lancement, " dit Harish Vedantham, un boursier postdoctoral Caltech Millikan. "Avec des systèmes de lentilles comme celui-ci, nous pouvons voir les amas plus près du moteur central du trou noir et avec beaucoup plus de détails qu'auparavant." Vedantham est l'auteur principal de deux nouvelles études décrivant les résultats dans le numéro du 15 août de Le Journal d'Astrophysique . Le projet international est dirigé par Anthony Readhead, le professeur Robinson d'astronomie, Émérite, et directeur de l'OVRO.
De nombreux trous noirs supermassifs au centre des galaxies projettent des jets de gaz se déplaçant près de la vitesse de la lumière. La gravité des trous noirs attire la matière vers eux, mais une partie de ce matériau finit par être éjectée du trou noir dans les jets. Les jets sont actifs pendant un à 10 millions d'années — toutes les quelques années, ils crachent des touffes supplémentaires de matière chaude. Avec le nouveau système de lentilles gravitationnelles, ces touffes peuvent être observées à des échelles environ 100 fois plus petites qu'auparavant.
"Les amas que nous voyons sont très proches du trou noir central et sont minuscules, à seulement quelques jours-lumière de diamètre. Nous pensons que ces minuscules composants se déplaçant à une vitesse proche de la lumière sont amplifiés par une lentille gravitationnelle au premier plan galaxie spirale, " dit Readhead. " Cela fournit une résolution exquise d'un millionième de seconde d'arc, ce qui équivaut à voir un grain de sel sur la lune depuis la Terre. »
Un élément essentiel de ce système de lentilles est la lentille elle-même. Les scientifiques pensent qu'il pourrait s'agir de la première lentille de masse intermédiaire, ce qui signifie qu'elle est plus grande que les "micro" lentilles précédemment observées constituées d'étoiles simples et plus petites que les lentilles massives bien étudiées aussi grandes que les galaxies. L'objectif décrit dans le nouveau document, surnommé un "milli-lentille, " est estimé à environ 10, 000 masses solaires, et se compose très probablement d'un amas d'étoiles. Un avantage d'une lentille millimétrique est qu'elle est suffisamment petite pour ne pas bloquer toute la source, ce qui permet d'agrandir et de visualiser les amas de jets au fur et à mesure qu'ils se déplacent, un par un, derrière la lentille. Quoi de plus, les chercheurs disent que la lentille elle-même présente un intérêt scientifique car on ne sait pas grand-chose sur les objets de cette gamme de masse intermédiaire.
Ces données d'OVRO (noir), ainsi que le Metsähovi Radio Observatory (bleu) et le Submillimeter Array (rouge), montrent les deux événements de lentille gravitationnelle (en jaune). La forme symétrique en U est le résultat d'un éclaircissement et d'une décoloration apparents d'amas de matériau tirés d'un trou noir alors qu'ils traversaient derrière la lentille gravitationnelle grossissante. Crédit :Harish Vedantham/Caltech
"Ce système pourrait fournir un superbe laboratoire cosmique à la fois pour l'étude de la millilentille gravitationnelle et du fonctionnement interne du jet nucléaire dans une galaxie active, " dit Readhead.
Les nouvelles découvertes font partie d'un programme OVRO pour obtenir des observations bihebdomadaires de 1, 800 trous noirs supermassifs actifs et leurs galaxies hôtes, en utilisant le télescope de 40 mètres d'OVRO, qui détecte les émissions radio des objets célestes. Le programme est en cours depuis 2008 en soutien à la mission Fermi de la NASA, qui observe les mêmes galaxies dans les rayons gamma de plus haute énergie.
En 2010, les chercheurs d'OVRO ont remarqué que quelque chose d'inhabituel se produisait avec la galaxie dans l'étude, une galaxie active appelée PKS 1413+ 135. Son émission radio s'était éclaircie, délavé, puis s'éclaircit à nouveau de façon très symétrique au cours d'une année. Le même type d'événement s'est reproduit en 2015. Après une analyse minutieuse qui a exclu d'autres scénarios, les chercheurs ont conclu que l'éclaircissement global de la galaxie est très probablement dû à deux amas successifs à grande vitesse éjectés par le trou noir de la galaxie à quelques années d'intervalle. Les touffes ont voyagé le long du jet et se sont amplifiées lorsqu'elles sont passées derrière la milli-lentille.
"Il a fallu des observations d'un grand nombre de galaxies pour trouver cet objet avec les baisses de luminosité symétriques qui indiquent la présence d'une lentille gravitationnelle, " dit le coauteur Timothy Pearson, un chercheur principal à Caltech qui a aidé à découvrir en 1981 que les amas de jets voyagent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. "Nous examinons maintenant attentivement toutes nos autres données pour essayer de trouver des objets similaires qui peuvent donner une vue agrandie des noyaux galactiques."
La prochaine étape pour confirmer les résultats du PKS 1413+ 135 consiste à observer la galaxie avec une technique appelée interférométrie à très longue base (VLBI), dans lequel les radiotélescopes du monde entier travaillent ensemble pour imager en détail les objets cosmiques. Les chercheurs prévoient d'utiliser cette technique dès cet automne pour observer la galaxie et son trou noir supermassif, qui devrait projeter un autre amas de matériel de jet dans les prochaines années. Avec la technique VLBI, ils devraient être capables de voir la touffe s'étaler en un arc à travers le ciel grâce aux effets de courbure de la lumière de la milli-lentille. L'identification d'un arc confirmerait qu'en effet une milli-lentille grossit les amas de jets ultra-rapides crachant d'un trou noir supermassif.
"Nous ne pourrions pas faire des études comme celles-ci sans un observatoire universitaire comme l'observatoire radio d'Owens Valley, où l'on a le temps de consacrer un grand télescope exclusivement à un seul programme, " a déclaré Readhead.
Les deux études, titré, « Variabilité achromatique symétrique dans les galaxies actives :une nouvelle sonde à lentille gravitationnelle puissante ? » et "La courbe de lumière particulière de J1415+1320 :une étude de cas dans les événements de diffusion extrême, " sont publiés dans Le Journal d'Astrophysique .
