Radioteleskop z RPA rejestruje rekordowo mocny sygnał sprzed 8 mld lat

W południowoafrykańskim radioteleskopie zarejestrowano niezwykle silny sygnał radiowy, który wyruszył w drogę, gdy kosmos był jeszcze bardzo młody.

Ten kosmiczny impuls ma związek z gwałtowną kolizją dwóch odległych galaktyk, a do jego zauważenia potrzebne było rzadkie „ustawienie” trzech obiektów na jednej linii – w tym jednej galaktyki działającej jak naturalna lupa.

Rekordowy sygnał z czasów młodego kosmosu

W centrum historii stoi obiekt oznaczony technicznym symbolem HATLAS J142935.3-002836. To para galaktyk, które zderzają się ze sobą w odległości ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Światło – a w tym wypadku fale radiowe – które dziś rejestrujemy, zostało wyemitowane, gdy kosmos liczył około 5 miliardów lat.

Na tej odległości zwykłe promieniowanie radiowe jest już skrajnie rozproszone. Ziemskie teleskopy zwykle nie mają szans, by je wychwycić. W tym przypadku zadziałał jednak szczególny układ: między źródłem a Ziemią znajduje się jeszcze jedna, masywna galaktyka.

Przeczytaj również: Egzotyczne imię Zia: krótkie, świetliste i pełne znaczeń

Ten pośredni obiekt działa jak soczewka grawitacyjna – zakrzywia przestrzeń, skupia fale radiowe i wielokrotnie wzmacnia sygnał, czyniąc go widocznym dla instrumentów na Ziemi.

To wzmocnienie było na tyle duże, że anteny radioteleskopu MeerKAT, pracującego w suchym regionie Karoo w Republice Południowej Afryki, zarejestrowały sygnał w kwietniu 2025 roku. Astronomowie podkreślają, że bez tego „kosmicznego trafu” impuls pozostałby całkowicie niewidoczny.

Południowoafrykański MeerKAT i potrójne ustawienie w kosmosie

MeerKAT to zespół 64 anten tworzących wspólny układ obserwacyjny. Razem pokrywają szeroki fragment nieba na południowej półkuli i śledzą bardzo słabe fale radiowe. Zespół badaczy, kierowany przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii, analizował dane w ramach programu MeerKAT Absorption Line Survey, nastawionego właśnie na wyszukiwanie subtelnych śladów gazu w odległych galaktykach.

Przeczytaj również: Gigantyczne kolosy sprzed drzew: tajemnicze życie, które zniknęło z Ziemi

W danych pojawił się sygnał o niespodziewanie dużej jasności, pochodzący z tzw. megamasera hydroksylowego. Takie obiekty to wyspecjalizowane „latarnie” radiowe, tworzone przez duże ilości wzbudzonych cząsteczek w galaktykach pełnych gazu i pyłu. Tym razem astronomowie mają do czynienia z czymś jeszcze silniejszym.

Jasność zarejestrowanego źródła jest tak wysoka, że badacze proponują nową kategorię – gigamaser, czyli obiekt o mocy przekraczającej typowe megamasery.

Trzy obiekty – kolidujące galaktyki, galaktyka pośrednia i Ziemia – ułożyły się niemal idealnie na jednej linii. To rzadkie ustawienie sprawiło, że naturalny „laser radiowy” został dodatkowo spotęgowany przez soczewkę grawitacyjną. Z naukowego punktu widzenia to bezcenny przypadek, bo takie zjawiska zwykle widzimy jedynie znacznie bliżej.

Przeczytaj również: ISS zbliża się do końca. Czy NASA zdąży z nową stacją orbitalną?

Co się dzieje, gdy dwie galaktyki na siebie wpadają

Źródłem sygnału są cząsteczki hydroksylowe (OH) w obszarze, gdzie dwie galaktyki intensywnie się zderzają i przenikają. Podczas takiej kolizji ogromne obłoki gazu molekularnego zostają silnie sprasowane. Wzrost gęstości i temperatury prowadzi do gwałtownego pobudzenia cząsteczek.

W takich warunkach część gazu zaczyna emitować fale radiowe w bardzo uporządkowany, spójny sposób, przypominający pracę lasera – tylko zamiast światła widzialnego mamy promieniowanie radiowe, a całe zjawisko działa na skalę galaktyczną. Ten mechanizm nazywamy maserem, a w skali galaktyk – megamaserem.

W rejonie HATLAS J142935 tempo narodzin nowych gwiazd ocenia się na kilkaset mas Słońca rocznie, czyli wielokrotnie więcej niż w typowej galaktyce spiralnej podobnej do naszej Drogi Mlecznej. Tak intensywne powstawanie gwiazd i duże ilości gęstego gazu sprawiają, że warunki do powstania megamasera są wręcz idealne.

Gigamaser – nowa liga kosmicznych „laserów” radiowych

Badacze zauważyli, że intensywność sygnału wyraźnie wybija się ponad znane wcześniej megamasery. To skłoniło ich do zaproponowania nowego określenia: gigamaser. Ma ono podkreślać wyjątkową moc i rzadkość takich obiektów.

• Megamaser: bardzo silny maser w galaktykach, zwykle związany z obszarami intensywnego formowania gwiazd lub aktywnym jądrem.
• Gigamaser: jeszcze jaśniejszy odpowiednik, którego sygnał przewyższa dotychczas znane przypadki o znaczący czynnik.
• Źródło w RPA: pierwszy gigamaser hydroksylowy zaobserwowany z pomocą soczewki grawitacyjnej.

Tak silne emisje mówią wiele o warunkach panujących w centrach łączących się galaktyk: o ilości gazu, tempie narodzin gwiazd i energii uwalnianej przy kolizji. To dane, których nie da się w prosty sposób uzyskać z obserwacji w świetle widzialnym.

Jak soczewki grawitacyjne pomagają zajrzeć dalej

Soczewka grawitacyjna, wykorzystana w tej obserwacji, nie jest sztucznym urządzeniem, tylko efektem ogólnej teorii względności. Duża masa – galaktyka lub całe gromady galaktyk – zakrzywia przestrzeń i zmienia bieg światła oraz fal radiowych. W efekcie dalekie źródło może wydawać się jaśniejsze i zdeformowane.

Dla astronomów to coś w rodzaju darmowego teleskopu kosmicznego: masywne obiekty rozsiane w kosmosie wzmacniają sygnały z jeszcze dalszych galaktyk.

W analizowanym przypadku sygnał z gigamasera został wzmocniony o tyle, że stał się widoczny na tle szumu radiowego. Zespół Głowackiego pokazuje w ten sposób, że łączenie czułych anten z soczewkami grawitacyjnymi to skuteczna metoda na poszukiwanie bardzo odległych, naturalnych „laserów” radiowych.

MeerKAT jako zapowiedź gigantycznego projektu SKA

MeerKAT pełni rolę poligonu doświadczalnego dla znacznie większego przedsięwzięcia – Square Kilometre Array (SKA). To międzynarodowy projekt, w ramach którego w Republice Południowej Afryki i w Australii powstanie sieć tysięcy anten radiowych. Ich łączna powierzchnia zbierająca sygnały sięgnie jednego kilometra kwadratowego.

Plany zakładają, że pierwsze fazy systemu SKA wejdą do użytku w drugiej połowie tej dekady. Czułość takiego instrumentu ma być wielokrotnie wyższa niż dzisiejszych teleskopów, co otworzy drogę do rejestrowania jeszcze słabszych maserów, a także wielu innych zjawisk radiowych w kosmosie.

Badacze planują teraz ukierunkować obserwacje na obszary, gdzie znajdują się masywne gromady galaktyk. To one najczęściej tworzą efekt soczewki grawitacyjnej. Monitorując takie regiony systematycznie, można liczyć na znalezienie wielu kolejnych megamaserów i gigamaserów ukrytych w odległych zakątkach kosmosu.

Dlaczego masery interesują astronomów

Emisje z megamaserów i gigamaserów pozwalają śledzić rozmieszczenie zimnego gazu w odległych galaktykach. Gaz molekularny to surowiec do produkcji gwiazd, więc jego ilość i stan bezpośrednio przekładają się na tempo narodzin nowych słońc. Dzięki takim obserwacjom astronomowie mogą zrekonstruować, jak w różnych epokach kosmosu zmieniało się tempo powstawania gwiazd.

Maser działa trochę jak precyzyjny znacznik – wskazuje konkretne regiony o bardzo specyficznych warunkach fizycznych. Z ich analizy naukowcy wyciągają wnioski o temperaturze, gęstości, składzie chemicznym i ruchu gazu. To wszystko składa się na bogaty obraz procesów toczących się w łączących się galaktykach.

Co z tego ma zwykły obserwator nieba

Dla osób, które od czasu do czasu patrzą w niebo przez amatorski teleskop, takie badania mogą wydawać się bardzo abstrakcyjne. W praktyce są częścią tej samej układanki, do której należą obiekty widoczne nawet gołym okiem, jak Mgławica w Orionie czy Andromeda. W każdym z tych miejsc rodzą się i umierają gwiazdy, a gęsty gaz i pył kontrolują tempo tych procesów.

Wiedza o tym, jak dawno temu działały megamasery i gigamasery, pozwala porównać kosmos sprzed miliardów lat z tym, który obserwujemy dziś. Z takiego porównania wynika, czy tempo formowania gwiazd rosło czy malało, jak często galaktyki się zderzały oraz jakie środowisko sprzyjało powstawaniu nowych układów planetarnych. W dłuższej perspektywie to także wskazówka, jak zmieniało się „otoczenie”, w którym mogły się zrodzić planety podobne do Ziemi.