Najsilniejszy sygnał z głębokiego kosmosu. Teleskop z RPA bije rekord

Astronomowie mówią o absolutnym rekordzie.

Chodzi o niezwykle intensywny sygnał, pochodzący z kosmicznego zderzenia dwóch odległych galaktyk. Przez miliardy lat wędrował przez przestrzeń, a do nas dotarł tylko dlatego, że po drodze zadziałała wyjątkowo sprzyjająca konfiguracja kosmicznych „lup”.

Promień radiowy z czasów młodego kosmosu

Źródłem emisji jest obiekt o mało medialnej nazwie HATLAS J142935.3-002836. Znajduje się on ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi, czyli w epoce, gdy kosmos miał zaledwie około 5 miliardów lat. To mniej więcej jedna trzecia obecnego wieku przestrzeni kosmicznej.

Sygnał zarejestrował w kwietniu 2025 roku południowoafrykański radioteleskop MeerKAT. To zestaw 64 anten rozsianych po suchym regionie Karoo. Działa jak jedno ogromne „ucho” nasłuchujące fal radiowych z odległych zakątków nieba. Do tej pory podobne emisje udawało się wychwycić głównie z dużo bliższych galaktyk.

Radiowy błysk zderzających się galaktyk ma tak wysoką jasność, że naukowcy proponują wprowadzenie nowej kategorii obiektów: gigamaserów.

Normalnie sygnał z tak odległego regionu byłby już całkowicie rozmyty i zbyt słaby, by cokolwiek zarejestrować. Tym razem kosmos zadziałał jednak jak system precyzyjnych soczewek i podbił jego moc do poziomu, który zaskoczył obserwatorów.

Jak kosmiczna soczewka wzmocniła niewidoczny sygnał

Na linii między Ziemią a zderzającymi się galaktykami znajduje się jeszcze jedna galaktyka, mniej więcej w połowie drogi. Jej ogromna masa zakrzywia czasoprzestrzeń i kieruje przebiegające tamtędy fale radiowe, niczym szklana lupa skupiająca promienie słońca. Astronomowie nazywają to zjawisko soczewkowaniem grawitacyjnym.

Ta naturalna „optyka” spowodowała wielokrotne wzmocnienie promienia radiowego. Dzięki temu MeerKAT mógł go zarejestrować mimo ogromnej odległości. Zespół kierowany przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii przeanalizował dane w ramach projektu MeerKAT Absorption Line Survey i wykazał, że mamy do czynienia z rzadką konfiguracją trzech obiektów: źródła sygnału, soczewki grawitacyjnej i Ziemi w jednej linii.

Tego typu ustawienia zdarzają się, ale wymagają ogromnego szczęścia. Dla astronomów to doskonała okazja, by zbadać zjawiska, które zwykle umykają nawet najbardziej czułym instrumentom. W tym przypadku sygnał podbiła nie tylko masa pośredniej galaktyki, ale również szczególny charakter samej emisji.

Co to jest megamaser i dlaczego ten obiekt przebił wszystkie inne

Zarejestrowane fale radiowe pochodzą z cząsteczek wodorotlenku (hydroksylu) w rejonie, gdzie dwie galaktyki dosłownie się ze sobą zderzają. Ich gazowe chmury ściskają się, podgrzewają i wpadają w turbulencje. W takich warunkach cząsteczki zaczynają zachowywać się jak naturalny odpowiednik lasera.

W laserze w warunkach laboratoryjnych atomy lub cząsteczki wymusza się tak, by emitowały spójne, wzmocnione światło. W kosmosie, przy odpowiednim zagęszczeniu gazu i silnym promieniowaniu, podobny mechanizm może zajść naturalnie, tylko w paśmie fal radiowych. Wtedy mówimy o maserze, a w skali galaktycznej – o megamaserze.

Maser to „laser radiowy”: wzmacnia wybrane fale radiowe, tworząc bardzo jasny, skupiony sygnał, widoczny z ogromnych odległości.

W przypadku HATLAS J142935 tempo powstawania nowych gwiazd sięga setek mas Słońca rocznie. To ekstremalne wartości, typowe dla dzikich, gwałtownych etapów życia galaktyk. Taki „fabryczny” szał gwiazd podtrzymuje ruchliwość i wzbudzenie cząsteczek, które produkują intensywną emisję radiową.

Badacze porównali moc odebranego sygnału z wcześniej znanymi megamaserami hydroksylowymi i doszli do wniosku, że ten obiekt jest od nich wyraźnie jaśniejszy. Stąd propozycja, by wprowadzić dla niego nową klasę: gigamaser. Nazwa sugeruje sygnał jeszcze potężniejszy niż standardowe megamasery, co dobrze oddaje skalę zachodzących tam procesów fizycznych.

Co astronomowie mogą „wyczytać” z takich kosmicznych laserów

Emisje maserowe służą nie tylko jako ciekawostka. Z punktu widzenia badań nad ewolucją przestrzeni kosmicznej są bardzo praktycznym narzędziem. Fale radiowe powstają w zimnym, gęstym gazie molekularnym, z którego formują się gwiazdy. Analizując ich kształt i natężenie, astronomowie mogą odtwarzać rozmieszczenie i ruch gazu w odległych galaktykach.

• mierzenie tempa powstawania gwiazd w odległych galaktykach,
• śledzenie zderzeń i łączenia się galaktyk w różnych epokach,
• odtwarzanie geometrii obszarów z gęstym gazem molekularnym,
• testowanie ogólnej teorii względności w przypadku soczewkowania grawitacyjnego,
• lepsze szacowanie odległości kosmicznych dzięki precyzyjnym pomiarom linii widmowych.

Opisany sygnał pozwala spojrzeć na proces łączenia galaktyk w czasach, gdy kosmos był znacznie młodszy niż dziś. To okres szczególnie intensywnej aktywności: galaktyki częściej się zderzały, a gwiazdy rodziły się szybciej. Dane z MeerKAT dostarczają więc materiału, który uzupełnia to, co widać w zakresie optycznym i podczerwonym.

MeerKAT jako zapowiedź gigantycznego projektu SKA

MeerKAT pełni rolę „przedsionka” dla znacznie ambitniejszego przedsięwzięcia – sieci Square Kilometre Array (SKA). W ramach tego międzynarodowego projektu powstanie system tysięcy anten rozmieszczonych w Afryce Południowej i Australii. Łączna powierzchnia ich „lustra” radiowego ma odpowiadać mniej więcej kilometrowi kwadratowemu, stąd nazwa.

Oczekuje się, że SKA będzie blisko dziesięć razy bardziej czuły niż obecne instrumenty tego typu. Pierwsze moduły mają zacząć działać około 2028 roku. MeerKAT już teraz testuje strategie obserwacyjne, które SKA wykorzysta później w dużo większej skali. W praktyce chodzi o to, by nauczyć się wybierać fragmenty nieba, w których grawitacyjne „lupy” najczęściej wzmacniają odległe źródła.

Astronomowie planują teraz szczególnie uważnie śledzić regiony, gdzie występują skupiska galaktyk o dużej masie. To one tworzą systemy wielu soczewek grawitacyjnych, działających jak sieć naturalnych wzmacniaczy dla sygnałów z jeszcze dalszych zakątków. Przy odpowiednio długich obserwacjach i dużej czułości aparatury może to ujawnić tysiące kolejnych megamaserów, które bez soczewkowania pozostałyby niewidoczne.

Co może z tego wynikać dla naszej wiedzy o kosmosie

Rosnący katalog megamaserów i potencjalnych gigamaserów stanie się swego rodzaju archiwum gwałtownych etapów życia galaktyk. Każdy z takich obiektów wskazuje miejsce intensywnego formowania gwiazd, często połączonego z aktywnością supermasywnej czarnej dziury w centrum. Zestawiając dane z wielu epok, można śledzić, jak zmieniały się warunki w odległych rejonach przestrzeni.

Fale radiowe mają jeszcze jedną zaletę: przechodzą przez pył, który zasłania widok teleskopom optycznym. Dzięki temu radiowe „lasery” umożliwiają zaglądanie do gęstych, zapylonych obszarów, gdzie rodzą się gwiazdy i gdzie zderzające się galaktyki mieszają swój gaz. W praktyce oznacza to dostęp do informacji, których nie widać w świetle widzialnym, nawet dla tak zaawansowanych instrumentów jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Dlaczego soczewkowanie grawitacyjne stało się modnym narzędziem

Efekty grawitacyjne masywnych galaktyk i gromad galaktyk działają jak darmowa aparatura powiększająca. Zjawisko to wykorzystują nie tylko badacze megamaserów. Podobne techniki pomagają szukać planet pozasłonecznych, mierzyć rozkład ciemnej materii i badać odległe galaktyki widoczne w postaci zniekształconych łuków na zdjęciach. W tym przypadku ta sama fizyka posłużyła do wzmocnienia promienia radiowego z ekstremalnego zderzenia galaktyk.

Wraz z uruchomieniem SKA soczewkowanie grawitacyjne prawdopodobnie wejdzie na stałe do zestawu standardowych metod pracy astronomów radiowych. Zamiast traktować takie konfiguracje jako rzadkie szczęśliwe trafy, zaczną je systematycznie wyszukiwać i wykorzystywać. To właśnie zapowiada obserwacja rekordu zarejestrowanego przez MeerKAT w Karoo.