Астрономи зафіксували сигнал, який летів до Землі понад 8 мільярдів років

Це відкриття зробив південноафриканський радіотелескоп MeerKAT. І зробив це вражаюче швидко: зазвичай для того, щоб вловити такий віддалений і рідкісний сигнал, потрібні сотні годин спостережень — тут вистачило всього п’яти. Вчені кажуть, що це репетиція перед епохою телескопа-гіганта нового покоління.

Відразу пояснимо: «космічний лазер» — це образна назва. Мова йде не про зброю з фантастики, а про природне явище: хмари газу в космосі можуть підсилювати і випромінювати радіохвилі, як це робить лазер зі світлом. Такий природний підсилювач і називають мазером.

Деталі

Щоб зрозуміти, чому це важливо, згадаймо просту річ: світло летить не миттєво. Самі вчені порівнюють це з листом поштою. Якщо друг надіслав вам листа з-за кордону, то до моменту, коли ви його прочитаєте, новини в ньому вже застаріли. У космосі роль листа відіграє світло. «Новина» з цієї галактики добиралася до нас 8 мільярдів років — а значить, ми бачимо її не такою, якою вона є зараз, а такою, якою вона була в глибокому минулому.

Наскільки глибокому? Всесвіт виник близько 13,8 мільярда років тому. Отже, ми дивимося на нього у віці, коли йому не було й половини нинішніх років — на «малюка», як висловлюються астрономи. У ту епоху галактики були набагато «буйнішими»: вони частіше стикалися, активніше формували зірки і зовсім не схожі на спокійні зрілі галактики, що сусідять з нами сьогодні.

Зафіксований сигнал — це мегамазер, тобто мазер неймовірної потужності. Звичайний космічний мазер вже вражає, але мегамазер у мільйон разів яскравіший. (Бувають і ще потужніші — гігамазери, яскравіші за стандартний у мільярд разів.) Такі об'єкти — велика рідкість, і виявити настільки далекий з них раніше було майже неможливо.

Зреагувати так швидко допомогли два фактори. Перший — гравітаційне лінзування. Між нами і далекою галактикою випадково опинився масивний об'єкт, інша галактика, чиє тяжіння спрацювало як природна лінза і посилило сигнал, що надходив. Другий — сам телескоп. MeerKAT охоплює широкий діапазон радіочастот, і поки астрономи шукали в даних нейтральний водень, у тому ж записі несподівано виявився і сигнал мегамазера.

Чому це важливо

Вчені чесно визнають: зазвичай одне-єдине спостереження не змінює наших уявлень про Всесвіт — для серйозних висновків потрібні великі вибірки об'єктів. Але тут вразило поєднання рекордної дальності та швидкості відкриття.

Головний сенс знахідки — у тому, що вона доводить: технології нарешті дозволяють ловити дуже слабкі сигнали з далекого минулого. Цей сигнал у мільйони разів слабший за сигнал мобільного телефону, і щоб виділити його, знадобилися суперкомп'ютери, які виконували трильйони обчислень кілька діб поспіль — буквально «відмивали» корисний сигнал від перешкод.

А раз таке вдається зловити за п'ять годин, значить, майбутні огляди неба здатні знаходити подібні об'єкти масово. І це відкриває дорогу до великої науки. Мегамазери зазвичай виникають там, де стикаються галактики, а в центрі майже кожної великої галактики сидить надмасивна чорна діра. Коли галактики зливаються, їхні чорні діри поступово зближуються по спіралі — і в фіналі здатні породити гравітаційні хвилі, тобто брижі самого простору-часу.

Знаходячи такі системи, астрономи ловлять галактики на ключовому етапі їхнього життя — у «зворотному відліку» перед зіткненням. Підкреслимо: саме злиття чорних дір і сплеск гравітаційних хвиль тут поки що не спостерігалися — це очікуваний сценарій, який зможуть перевірити детектори наступного покоління.

Бекграунд

Радіоастрономія вивчає Всесвіт не у видимому світлі, а в радіохвилях — це дозволяє зазирнути туди, куди звичайні телескопи не досягають, зокрема крізь хмари газу та пилу. Кожен атом і молекула випромінюють на своїх характерних частотах, і за цими «хімічними відбитками» (спектральними лініями) вчені визначають, з чого складається далекий газ.

MeerKAT, розташований у Південній Африці, сьогодні вважається одним із найкращих радіотелескопів світу. Але це лише підготовка до набагато масштабнішого проєкту — обсерваторії SKA (Square Kilometre Array), унікального міжнародного «мегателескопа». Паралельно в США проектують інший інструмент нового покоління — ngVLA, що працює на вищих частотах. Разом вони стануть двома опорами радіоастрономії майбутнього.

Саме відкриття — це ще й історія про науковий статус Південної Африки. Щоб вловити сигнал з такої відстані, потрібні не тільки чутливі антени, а й потужні обчислювальні платформи та експерти, які вміють працювати з гігантськими масивами даних. І те, і інше у країни є — а значить, ПАР закріплює за собою роль одного зі світових центрів «датоємної» астрономії.

Джерело

Дослідження виконано на радіотелескопі MeerKAT (Південна Африка). Про роботу розповіли її автори — Тхато Манамела, постдок-дослідник Університету Преторії, та Роджер Дін, директор Міжуніверситетського інституту астрономії, що вимагає великих обсягів даних (IDIA), та професор університетів Кейптауна і Преторії.