Teleskop w RPA łapie rekordowy sygnał sprzed 8 miliardów lat

W głębi kosmosu dwie zderzające się galaktyki wysłały radiową „wiadomość”, która dopiero teraz dotarła do Ziemi.

Po drodze ten sygnał przeleciał przez ponad połowę znanego kosmosu i został wzmocniony przez grawitację całej galaktyki pośredniej. Dzięki temu południowoafrykański radioteleskop MeerKAT zarejestrował zjawisko, które astronomowie określają jako rekordowo intensywny „laser kosmiczny” w paśmie radiowym.

Rekordowy sygnał: radiowy „laser” z młodego kosmosu

Źródłem zarejestrowanego promieniowania jest obiekt oznaczony jako HATLAS J142935.3-002836. Znajduje się on ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi, czyli widzimy go w momencie, gdy Wszechświat miał mniej więcej 5 miliardów lat – był więc znacznie młodszy niż dziś.

Z tego odległego rejonu kosmosu wyruszył intensywny sygnał radiowy, wysyłany w sposób ciągły przez bardzo specyficzny proces fizyczny. W naturalnych warunkach, przy tak ogromnej odległości, jego energia rozlałaby się po przestrzeni i stałaby się całkowicie nieuchwytna dla naszych instrumentów.

Przeczytaj również: Tak może wyglądać Ziemia za 250 mln lat. Francja w zaskakującym miejscu

Tę samą porcję energii trzeba było rozciągnąć na drogę dłuższą niż 8 miliardów lat świetlnych – bez dodatkowej pomocy radioteleskopy na Ziemi nic by nie zarejestrowały.

Kluczowy okazał się niezwykle rzadki układ trzech obiektów: odległej galaktyki wysyłającej sygnał, masywnej galaktyki pośredniej oraz Ziemi. Taki kosmiczny układ w linii niemal idealnie prostej astronomowie nazywają soczewkowaniem grawitacyjnym.

Soczewka grawitacyjna: kiedy galaktyka działa jak gigantyczna lupa

Galaktyka pośrednia leży mniej więcej w połowie drogi między źródłem promieniowania a Ziemią. Jej ogromna masa wygina czasoprzestrzeń w swoim otoczeniu, a razem z nią – biegnące przez ten obszar fale radiowe. Efekt przypomina działanie szkła powiększającego, tyle że w skali galaktyk.

Przeczytaj również: Największy kryty targ pod Paryżem: ukryty gigant 15 minut od centrum

Fale radiowe z HATLAS J142935 zostały zagięte i skupione, co dramatycznie zwiększyło ich jasność widzianą z naszej perspektywy. Szacunki sugerują, że ten naturalny „wzmacniacz” pomnożył intensywność sygnału o wiele rzędów wielkości.

• źródło: zderzające się galaktyki w odległym kosmosie
• pośrednik: galaktyka pełniąca rolę soczewki grawitacyjnej
• odbiornik: anteny radioteleskopu MeerKAT w RPA

Bez takiego wzmocnienia promieniowanie pozostałoby zbyt słabe, aby przebić się przez szum tła w danych obserwacyjnych. To sprawia, że zaobserwowany przypadek jest nie tylko efektowny, ale także bardzo pouczający – potwierdza, że soczewki grawitacyjne mogą działać jak naturalna infrastruktura do „podbijania” słabych sygnałów z odległego kosmosu.

Przeczytaj również: Steam rozdaje kultową przygodówkę za darmo. Masz tylko tydzień

MeerKAT: 64 anteny polujące na najcichsze szepty kosmosu

Rekordowy sygnał zarejestrował radioteleskop MeerKAT w RPA. To zestaw 64 anten rozstawionych na pustynnym obszarze Karoo. Razem tworzą niezwykle czuły instrument, który monitoruje szerokie obszary południowego nieba.

W kwietniu 2025 roku dane zebrane w ramach projektu MeerKAT Absorption Line Survey zwróciły uwagę zespołu kierowanego przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii. Analiza widm radiowych ujawniła charakterystyczny sygnał cząsteczek hydroksylu – i to o jasności, jakiej wcześniej nie notowano na tak dalekich dystansach.

Zespół badawczy uznał, że zaobserwowany obiekt przekracza typowe parametry tzw. megamaserów i zaproponował dla niego nową kategorię: gigamaser.

Oznacza to, że mamy do czynienia z kosmiczną wersją lasera radiowego nie tyle „dużego”, ile wręcz gigantycznego, zasilanego skrajnymi procesami zachodzącymi podczas zderzenia dwóch galaktyk bogatych w gaz.

Gdy galaktyki się zderzają, rodzi się gigamaser

Źródłem sygnału są cząsteczki hydroksylu (OH), które znajdują się w obszarze gwałtownej fuzji dwóch galaktyk. Podczas takiej kolizji ogromne chmury gazu molekularnego ulegają sprasowaniu. Wzrost gęstości i temperatury zmienia warunki fizyczne tak radykalnie, że cząsteczki zostają „napompowane” energią.

Zamiast świecić chaotycznie, jak w typowej chmurze gazu, zaczynają emitować fale radiowe w sposób zsynchronizowany. To właśnie przypomina działanie lasera – tylko że zamiast światła widzialnego otrzymujemy bardzo uporządkowany sygnał radiowy. W skali galaktycznej taki obiekt nazywa się megamaserem.

Od megamasera do gigamasera

W zderzających się galaktykach tempo narodzin gwiazd potrafi wzrosnąć do kilkuset mas Słońca rocznie. To ekstremalne środowisko idealnie napędza mechanizm emisji hydroksylu. W przypadku HATLAS J142935 efekt okazał się tak silny, że megamaser „przeskoczył” do rangi gigamasera – jego jasność w paśmie radiowym bije dotąd znane obiekty tego typu.

Analiza tak intensywnych sygnałów pozwala astronomom odwzorować rozkład gazu molekularnego w odległych galaktykach. Z tego można wyciągnąć wnioski o skali procesów gwiazdotwórczych i o tym, jak często i jak gwałtownie galaktyki łączyły się we wczesnych epokach kosmicznych.

Droga do katalogu tysięcy kosmicznych „laserów”

Zaobserwowany gigamaser jest pierwszym przypadkiem tego typu źródła promieniowania hydroksylowego, w którym rolę „wzmacniacza” odegrała soczewka grawitacyjna. To nie tylko ciekawostka, lecz sygnał, że podobnych obiektów może być znacznie więcej, tyle że wciąż ukrytych pod progiem czułości dzisiejszych radioteleskopów.

Astronomowie planują teraz skupić się na obszarach nieba, gdzie masywne gromady galaktyk tworzą całe „pola soczewek”. Każdy z takich obszarów może wzmacniać wiele odległych źródeł radiowych naraz, działając jak naturalny system anten zbiorczych rozrzuconych po kosmosie.

Jeśli strategia obserwacyjna się sprawdzi, w nadchodzących latach katalog megamaserów i gigamaserów może urosnąć z pojedynczych sztuk do tysięcy obiektów.

SKA: następca MeerKAT jeszcze bardziej podkręci „głośność” kosmosu

MeerKAT jest zapowiedzią jeszcze ambitniejszego projektu – Square Kilometre Array (SKA). Ta międzynarodowa sieć tysięcy anten w RPA i Australii ma osiągnąć łączną powierzchnię zbierającą sygnał równą mniej więcej kilometrowi kwadratowemu.

W praktyce oznacza to co najmniej dziesięciokrotny wzrost czułości względem MeerKAT. Pierwsze etapy SKA mają ruszyć około 2028 roku i otworzyć dostęp do jeszcze słabszych sygnałów z jeszcze wcześniejszych epok kosmicznych. Dla poszukiwań megamaserów hydroksylowych i gigamaserów będzie to skokowy postęp.

Łączenie danych z MeerKAT i SKA umożliwi stworzenie mapy aktywności gwiazdotwórczej w galaktykach leżących daleko poza zasięgiem teleskopów optycznych. Fale radiowe swobodnie przenikają przez pył, który w świetle widzialnym zasłania kluczowe rejony fuzji galaktyk.

Czym właściwie jest lat świetlny i czemu 8 miliardów robi wrażenie

Dla porządku warto przypomnieć: rok świetlny to odcinek, który światło przebywa w ciągu jednego roku – około 9,46 biliona kilometrów. Gdy mówimy o 8 miliardach lat świetlnych, odległość przestaje mieścić się w jakiejkolwiek codziennej skali. To dystans, który światło pokonuje w czasie dwukrotnie dłuższym niż obecny wiek Ziemi.

Jeśli radiowy sygnał z gigamasera dotarł do nas po tak długiej podróży, to każda zmierzona drobnostka – jego jasność, struktura widma, kształt linii emisyjnych – staje się nośnikiem informacji o warunkach panujących w bardzo młodym kosmosie. To trochę jak znalezienie starej kasety z nagraniem miasta sprzed miliardów lat, tyle że w skali galaktycznej.

Dlaczego takie sygnały mają znaczenie dla zwykłego odbiorcy

Dane z megamaserów i gigamaserów to dla astronomów narzędzie do badania ewolucji galaktyk, ale niosą też bardziej ogólne wnioski. Pokazują, jak często zderzenia galaktyk prowadzą do wybuchów narodzin nowych gwiazd, jak szybko rosną supermasywne czarne dziury w ich centrach i jak rozkłada się materia w kosmicznej skali.

Z perspektywy laika takie sygnały przypominają coś między naukowym instrumentem a kroniką historyczną. Kosmos nie tylko emituje przypadkowy szum – w tych falach radiowych zapisane są konkretne procesy: zderzenia, kompresja gazu, zapłony gwiazd. Im bardziej czułe instrumenty budujemy, tym więcej takich „nagrań” jesteśmy w stanie odtworzyć i zinterpretować.