Południowoafrykański teleskop radiowy wychwytuje rekordowy sygnał kosmiczny sprzed 8 miliardów lat

Słaby radiowy szept z dwóch zderzających się galaktyk przebył pół wszechświata, by przypadkiem trafić prosto w południowoafrykańskie anteny.

Ten niezwykle odległy i jednocześnie wyjątkowo intensywny sygnał radiowy, przechwycony przez radioteleskop MeerKAT w RPA, pozwala zajrzeć do epoki, gdy kosmos miał zaledwie około pięciu miliardów lat. Nietypowy układ grawitacyjny trzech galaktyk zamienił niewidoczny normalnie rozbłysk w rekordowo jasny „kosmiczny laser”, który wstrząsnął społecznością astronomiczną.

Kosmiczny przypadek: trzy galaktyki ustawiają się w jednej linii

Źródło sygnału nosi mało romantyczną nazwę HATLAS J142935.3-002836. To układ dwóch galaktyk w trakcie gwałtownej kolizji, oddalony o ponad 8 miliardów lat świetlnych. Promieniowanie, które dziś rejestrujemy na Ziemi, zostało wyemitowane, gdy wszechświat był mniej więcej o dwie trzecie młodszy niż obecnie.

Normalnie fale radiowe z takiej odległości byłyby zbyt słabe, rozcieńczone rozszerzaniem się kosmosu. Tym razem zadziałał jednak niezwykły układ trzech obiektów – źródła, galaktyki pośredniczącej oraz naszej własnej Drogi Mlecznej.

Sygnał został wzmocniony przez tzw. soczewkowanie grawitacyjne – masa galaktyki znajdującej się mniej więcej w połowie drogi zakrzywiła czasoprzestrzeń, skupiając fale radiowe niczym gigantyczna kosmiczna lupa.

Ten „kosmiczny obiektyw” zwielokrotnił jasność sygnału do poziomu, przy którym anteny MeerKAT mogły go wyraźnie zarejestrować. Bez tego zbiegu okoliczności emisja pozostałaby kompletnie niewykrywalna, nawet dla najczulszych obecnie instrumentów.

Rola MeerKAT: 64 anteny na pustyni Karoo

Rekordowy sygnał wykryto w kwietniu 2025 r. za pomocą radioteleskopu MeerKAT, złożonego z 64 anten rozstawionych na odludnych terenach południowoafrykańskiej pustyni Karoo. Instalacja pracuje w paśmie fal radiowych o długich długościach, niezwykle czułym na słabe, dalekie źródła.

• 64 precyzyjnie sterowane czasze radiowe
• lokalizacja z dala od zakłóceń cywilizacyjnych
• ciągły monitoring dużych obszarów nieba południowego
• specjalne programy przeglądowe wyszukujące sygnały absorpcyjne i masery

Zespół kierowany przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii przeanalizował dane w ramach programu MeerKAT Absorption Line Survey. To szerokozakresowy przegląd, którego celem jest wyłapywanie subtelnych linii widmowych w sygnałach radiowych. Właśnie podczas takiej analizy udało się zidentyfikować nietypową konfigurację trzech galaktyk i zadziwiająco mocny błysk radiowy.

Kiedy galaktyki się zderzają, rodzi się kosmiczny „laser”

Zarejestrowane promieniowanie pochodzi od cząsteczek rodnika hydroksylowego (OH) w strefie brutalnej fuzji dwóch galaktyk. W trakcie zderzenia ich obłoki gazu molekularnego ulegają silnemu ściśnięciu. Gwałtownie rośnie gęstość i temperatura, a w konsekwencji cząsteczki trafiają w stan dużego energetycznego pobudzenia.

W takich warunkach powstaje tzw. megamazer hydroksylowy – naturalny odpowiednik lasera, tyle że pracujący na falach radiowych i obejmujący obszary o rozmiarach całych obłoków międzygwiazdowych. Emisja nie jest losowa, ale uporządkowana i spójna, dzięki czemu sygnał staje się znacznie silniejszy niż typowe szumy radiowe.

W HATLAS J142935 tempo powstawania nowych gwiazd sięga setek mas Słońca rocznie, co nakręca maszynę złożoną z gazu, pyłu i promieniowania, utrzymując cząsteczki w stanie ciągłej „gotowości do świecenia”.

Tak intensywny „kosmiczny laser” z grupy maserów hydroksylowych nazywa się megamazerem. Zespół Głowackiego proponuje jednak nową kategorię. Jasność zaobserwowanego obiektu przewyższa bowiem wszystkie znane dotąd megamastery tego typu.

Od megamazerów do gigamazerów

Astronomowie sugerują, by rekordowy obiekt z MeerKAT zaliczyć do nowej klasy – gigamazerów. To robocze określenie sygnałów tak jasnych, że wykraczają daleko poza typowe parametry megamazerów.

W praktyce oznacza to, że:

Ta nowa kategoria może w przyszłości stać się istotnym narzędziem klasyfikacji najbardziej gwałtownych procesów zachodzących w młodych, bogatych w gaz galaktykach.

Co mówią te sygnały o ewolucji galaktyk

Maserowe emisje hydroksylu stanowią precyzyjny znacznik rozmieszczenia gazu molekularnego. Rejestrując ich widmo i strukturę, astronomowie mogą odtworzyć:

• gdzie dokładnie w galaktyce gromadzi się zimny gaz,
• jak szybko obracają się zderzające się składowe,
• jak duża część materiału trafia do centralnych obszarów, gdzie rodzą się nowe gwiazdy i supermasywne czarne dziury.

Taka mapa gazu w odległych epokach kosmicznych jest kluczowa, by zrozumieć, jak częste kolizje galaktyk wpływają na tempo powstawania gwiazd i narastanie masy centralnych czarnych dziur. W przypadku HATLAS J142935 astronomowie widzą układ w fazie wyjątkowo intensywnej transformacji.

Rekordowy gigamazer staje się swoistym drogowskazem, pokazującym, gdzie w młodym kosmosie zachodzą najbardziej energetyczne zderzenia bogate w gaz galaktyk.

MeerKAT przeciera szlak dla łowców tysięcy ukrytych „laserów”

To pierwszy w historii gigamazer hydroksylowy wykryty dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu. Osiągnięcie ma wymiar większy niż jednorazowa sensacja – potwierdza strategię, którą astronomowie planują stosować w najbliższych latach na masową skalę.

Wielu badaczy od dawna podejrzewa, że wszechświat pełen jest megamazerów, których nie widać tylko dlatego, że są za słabe i za daleko. Zastosowanie soczewek grawitacyjnych jako naturalnych wzmacniaczy sprawia, że część z tych obiektów nagle staje się osiągalna.

W stronę epoki SKA

MeerKAT pełni rolę prekursora gigantycznego projektu Square Kilometre Array (SKA), który połączy tysiące anten w RPA i Australii. Łączna powierzchnia zbierająca sygnały radiowe osiągnie tam ekwiwalent jednego kilometra kwadratowego.

Planowany efekt:

• czułość co najmniej dziesięć razy większa niż obecnie,
• rejestracja jeszcze słabszych megamazerów w bardzo odległych galaktykach,
• systematyczny przegląd obszarów, gdzie duże gromady galaktyk tworzą liczne soczewki grawitacyjne.

Pierwsze fazy SKA mają ruszyć jeszcze przed końcem dekady. Dla badań takich jak projekt Głowackiego oznacza to szansę na stworzenie rozbudowanego katalogu megamazerów i gigamazerów, rozłożonych na całej historii kosmosu.

Jak rozumieć tak odległy sygnał – kilka kluczowych pojęć

Dla osób śledzących doniesienia z astronomii takie odkrycia bywają abstrakcyjne. Warto więc rozłożyć je na kilka zrozumiałych elementów:

• Laty świetlne i czas – 8 miliardów lat świetlnych to nie tylko dystans, ale też czas podróży światła. Patrząc na ten układ, widzimy stan sprzed 8 miliardów lat; obserwacja przypomina więc podróż w przeszłość.
• Soczewkowanie grawitacyjne – zgodnie z ogólną teorią względności masywne obiekty zakrzywiają czasoprzestrzeń. Fale radiowe podążają po tym zakrzywieniu, co z punktu widzenia obserwatora wygląda jak powiększenie i wzmocnienie odległego źródła.
• Masery i megamastery – zasada działania jest podobna jak w laserze: fotony o tej samej energii „popychają” kolejne do emisji, dając mocny, spójny sygnał. Różnica polega na paśmie (mikrofale, radio) i ogromnej skali zjawiska.

Takie uporządkowanie pozwala lepiej zrozumieć, że rekordowy sygnał nie jest egzotyczną ciekawostką, lecz wynikiem dobrze znanych praw fizyki, które działają zarówno w laboratorium, jak i na dystansach miliardów lat świetlnych.

Co może przynieść dalsze polowanie na kosmiczne „lasery”

Jeśli przewidywania badaczy się potwierdzą, w danych z MeerKAT i przyszłego SKA pojawią się setki, a może tysiące podobnych obiektów. Pozwoli to przeprowadzić coś w rodzaju statystycznego badania „epoki zderzeń galaktyk”, kiedy młody wszechświat był pełen bogatych w gaz układów wchodzących na kurs kolizyjny.

Możliwe scenariusze wykorzystania takich katalogów są bardzo konkretne: da się np. oszacować, jak często zderzenia prowadzą do gwałtownej aktywności czarnych dziur, jak rośnie masa galaktycznych jąder czy jak szybko kosmos zużywa dostępny gaz na nowe gwiazdy. Z drugiej strony pojawia się wyzwanie – ilość danych radiowych stanie się tak ogromna, że bez zaawansowanych algorytmów uczenia maszynowego żaden zespół nie przefiltruje ich efektywnie.

W dłuższej perspektywie podobne odkrycia pomagają też testować modele kosmologiczne. Jeśli rozkład i jasność maserów nie będzie zgadzać się z przewidywaniami symulacji numerycznych, fizycy będą zmuszeni korygować opis procesów chłodzenia gazu, powstawania gwiazd czy sprzężenia z czarnymi dziurami. Każdy taki „kosmiczny laser” staje się więc nie tylko efektownym sygnałem, ale i punktem kontrolnym dla teorii opisujących historię naszego kosmosu.