Астрономы поймали сигнал, который летел к Земле более 8 миллиардов лет

Открытие сделал южноафриканский радиотелескоп MeerKAT. И сделал поразительно быстро: на то, чтобы поймать столь далёкий и редкий сигнал, обычно уходят сотни часов наблюдений — здесь хватило всего пяти. Учёные говорят, что это репетиция перед эпохой телескопа-гиганта нового поколения.

Сразу поясним: «космический лазер» — это образное название. Речь не об оружии из фантастики, а о природном явлении: облака газа в космосе могут усиливать и излучать радиоволны, как это делает лазер со светом. Такой природный усилитель и называют мазером.

Детали

Чтобы понять, почему это важно, вспомним простую вещь: свет летит не мгновенно. Сами учёные сравнивают это с письмом по почте. Если друг отправил вам письмо из-за границы, то к моменту, когда вы его прочтёте, новости в нём уже устарели. В космосе роль письма играет свет. «Новость» из этой галактики добиралась до нас 8 миллиардов лет — а значит, мы видим её не такой, какая она сейчас, а такой, какой она была в глубоком прошлом.

Насколько глубоком? Вселенная возникла около 13,8 миллиарда лет назад. Значит, мы смотрим на неё в возрасте, когда ей не было и половины нынешних лет — на «малыша», как выражаются астрономы. В ту эпоху галактики были куда более «буйными»: они чаще сталкивались, активнее формировали звёзды и совсем не походили на спокойные зрелые галактики по соседству с нами сегодня.

Пойманный сигнал — это мегамазер, то есть мазер невероятной мощности. Обычный космический мазер уже впечатляет, но мегамазер в миллион раз ярче. (Бывают и ещё более мощные — гигамазеры, ярче стандартного в миллиард раз.) Такие объекты — большая редкость, и обнаружить столь далёкий из них раньше было почти невозможно.

Сработать так быстро помогли два фактора. Первый — гравитационное линзирование. Между нами и далёкой галактикой случайно оказался массивный объект, другая галактика, чьё притяжение сработало как природная линза и усилило приходящий сигнал. Второй — сам телескоп. MeerKAT охватывает широкий диапазон радиочастот, и пока астрономы искали в данных нейтральный водород, в той же записи неожиданно обнаружился и сигнал мегамазера.

Почему это важно

Учёные честно признают: обычно одно-единственное наблюдение не меняет наших представлений о Вселенной — для серьёзных выводов нужны большие выборки объектов. Но здесь впечатлило сочетание рекордной дальности и скорости открытия.

Главный смысл находки — в том, что она доказывает: технологии наконец позволяют ловить очень слабые сигналы из далёкого прошлого. Этот сигнал в миллионы раз слабее сигнала мобильного телефона, и чтобы выделить его, потребовались суперкомпьютеры, выполнявшие триллионы вычислений несколько суток подряд — буквально «отмывавшие» полезный сигнал от помех.

А раз такое удаётся поймать за пять часов, значит, будущие обзоры неба способны находить подобные объекты массово. И это открывает дорогу к большой науке. Мегамазеры обычно возникают там, где сталкиваются галактики, а в центре почти каждой крупной галактики сидит сверхмассивная чёрная дыра. Когда галактики сливаются, их чёрные дыры постепенно сближаются по спирали — и в финале способны породить гравитационные волны, то есть рябь самого пространства-времени.

Находя такие системы, астрономы ловят галактики на ключевом этапе их жизни — в «обратном отсчёте» перед столкновением. Подчеркнём: само слияние чёрных дыр и всплеск гравитационных волн здесь пока не наблюдались — это ожидаемый сценарий, который смогут проверить детекторы следующего поколения.

Бэкграунд

Радиоастрономия изучает Вселенную не в видимом свете, а в радиоволнах — это позволяет заглянуть туда, куда обычные телескопы не достают, в том числе сквозь облака газа и пыли. Каждый атом и молекула излучают на своих характерных частотах, и по этим «химическим отпечаткам» (спектральным линиям) учёные определяют, из чего состоит далёкий газ.

MeerKAT, расположенный в Южной Африке, сегодня считается одним из лучших радиотелескопов мира. Но это лишь подготовка к куда более масштабному проекту — обсерватории SKA (Square Kilometre Array), уникальному международному «мегателескопу». Параллельно в США проектируют другой инструмент нового поколения — ngVLA, работающий на более высоких частотах. Вместе они станут двумя опорами радиоастрономии будущего.

Само открытие — ещё и история о научном статусе Южной Африки. Чтобы выловить сигнал из такой дали, нужны не только чувствительные антенны, но и мощные вычислительные платформы и эксперты, умеющие работать с гигантскими массивами данных. И то, и другое у страны есть — а значит, ЮАР закрепляет за собой роль одного из мировых центров «датаёмкой» астрономии.

Источник

Исследование выполнено на радиотелескопе MeerKAT (Южная Африка). О работе рассказали её авторы — Тхато Манамела, постдок-исследователь Университета Претории, и Роджер Дин, директор Межуниверситетского института датаёмкой астрономии (IDIA) и профессор университетов Кейптауна и Претории.