Południowoafrykański teleskop wyłapał rekordowy „laser kosmiczny” sprzed 8 mld lat

To naturalne promieniowanie radiowe powstało w wyniku zderzenia dwóch odległych galaktyk. Fala przebyła ponad połowę obserwowalnej przestrzeni, a do naszych anten dotarła tylko dzięki bardzo rzadkiemu układowi grawitacyjnemu, który zadziałał jak kosmiczna lupa.

Sygnał sprzed 8 miliardów lat trafił w anteny w RPA

Obiektem, który wywołał poruszenie wśród astronomów, jest galaktyka oznaczona jako HATLAS J142935.3-002836. Znajduje się ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi, więc obserwujemy ją taką, jak wyglądała, gdy Wszechświat miał około 5 miliardów lat. To bardzo wczesny etap historii kosmicznej, daleko poza zasięgiem większości klasycznych badań radiowych.

Naturalne sygnały radiowe z tak odległych rejonów zazwyczaj są zbyt słabe. Ich energia rozmywa się po drodze, rozciągnięta przez rozszerzającą się przestrzeń. Tym razem zadziałało niezwykłe zrządzenie losu: pomiędzy Ziemią a źródłem promieniowania znajduje się inna galaktyka o dużej masie. Jej grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń i skupia przechodzące fale radiowe, dokładnie tak, jak szklana soczewka skupia światło.

To właśnie efekt soczewkowania grawitacyjnego – masywna galaktyka pośrednia wzmocniła sygnał tak bardzo, że stał się widoczny dla MeerKAT, choć normalnie pozostałby poza zasięgiem współczesnych instrumentów.

Badacze kierowani przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii wychwycili ten unikalny układ, analizując dane z programu MeerKAT Absorption Line Survey. W praktyce mieli do czynienia nie z jednym, lecz z trzema kluczowymi elementami: odległym źródłem, galaktyką pośrednią i Ziemią, idealnie ustawionymi w jednej linii. Taka konfiguracja zdarza się rzadko, ale gdy już nastąpi, działa jak potężny wzmacniacz.

MeerKAT – 64 talerze na odludziu, które słyszą kosmos

Radioteleskop MeerKAT to zestaw 64 anten rozmieszczonych na terenie pustynnego regionu Karoo w Republice Południowej Afryki. Cały system pracuje jako jedna, ogromna „wirtualna” czasza, wyjątkowo czuła na słabe fale radiowe. Oddalenie od dużych miast ogranicza zakłócenia generowane przez człowieka, a to kluczowe przy polowaniu na emisje z granic kosmosu.

To właśnie w kwietniu 2025 roku anteny MeerKAT zarejestrowały niezwykle intensywny sygnał z rejonu HATLAS J142935. Przez dłuższy czas zespół analizował zebrane dane, porównując je z symulacjami i wcześniejszymi obserwacjami. W końcu stało się jasne, że mają do czynienia z czymś znacznie mocniejszym niż typowy „megamaser” – dobrze znany typ kosmicznego lasera radiowego.

Zderzenie galaktyk uruchomiło gigantyczny laser radiowy

Źródłem zarejestrowanego promieniowania są cząsteczki hydroksylu (OH) w obszarze gwałtownej kolizji dwóch galaktyk. Kiedy takie obiekty zderzają się i przenikają przez siebie, ich olbrzymie chmury gazu molekularnego zostają brutalnie ściśnięte. Zwiększa się gęstość i temperatura, a w efekcie rośnie też tempo narodzin nowych gwiazd.

W takich warunkach cząsteczki hydroksylu przechodzą w stany silnego wzbudzenia. Gdy wracają do niższego poziomu energetycznego, emitują promieniowanie radiowe w bardzo uporządkowany sposób. Proces przypomina działanie lasera, ale zamiast światła widzialnego pojawia się fala radiowa, i to o kosmicznych rozmiarach. Naukowcy nazywają takie obiekty megamaserami hydroksylowymi.

Rejon kolizji w HATLAS J142935 generuje setki mas Słońca nowych gwiazd rocznie, co napędza „maszynę” odpowiedzialną za powstanie intensywnego promieniowania radiowego.

Zwykłe megamasery są rzadkie, a ich emisja i tak należy do najjaśniejszych w skali galaktycznych procesów gazowych. Sygnał zarejestrowany przez MeerKAT okazał się jednak wyjątkowo silny. Zespół Głowackiego zaproponował, by zaliczyć go do osobnej klasy obiektów – gigamaserów – bo jego jasność przewyższa wszystkie dotychczas znane megamasery hydroksylowe.

Dlaczego astronomów tak interesują megamasery

Dane z takich obiektów pozwalają śledzić rozkład gazu molekularnego w odległych galaktykach. Z punktu widzenia astrofizyki to niezwykle cenny tracer, czyli wskaźnik procesów zachodzących w jądrach galaktyk oraz w rejonach intensywnego formowania się gwiazd. Analizując profil częstotliwości i jasności megamasera, badacze mogą wnioskować o prędkościach ruchu gazu, jego temperaturze i gęstości.

W przypadku rekordowego gigamasera z HATLAS J142935 informacje te odnoszą się do epoki bardzo odległej czasowo. To jak podsłuchanie burzliwej historii kosmicznej sprzed miliardów lat. Takie dane pomagają zrozumieć, jak zderzenia galaktyk wpływały na tempo powstawania gwiazd w młodym kosmosie i jak z biegiem czasu zmieniała się struktura dużych układów.

Nowa strategia: szukanie „laserów kosmicznych” przez soczewki grawitacyjne

Zaobserwowany gigamaser to pierwszy tego typu obiekt wykryty dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu. Sukces potwierdził, że warto celowo szukać megamaserów właśnie tam, gdzie masywne galaktyki lub całe gromady działają jak układ naturalnych wzmacniaczy.

• galaktyka źródłowa wytwarza słaby, lecz uporządkowany sygnał radiowy,
• galaktyka pośrednia skupia fale dzięki silnej grawitacji,
• radioteleskop na Ziemi rejestruje wzmocniony sygnał, który w normalnych warunkach zanikłby w szumie tła.

Astronomowie szacują, że w głębi kosmosu istnieją tysiące megamaserów, które pozostają niewidoczne dla współczesnych instrumentów. Wystarczy jednak odpowiednie ustawienie źródła, soczewki grawitacyjnej i Ziemi, aby część z nich stała się dostępna. To zmienia sposób planowania obserwacji – coraz większą uwagę poświęca się nie tyle pojedynczym obiektom, co całym obszarom, gdzie prawdopodobieństwo takich konfiguracji rośnie.

MeerKAT i SKA – duet, który ma przestawić granice astronomii radiowej

MeerKAT pełni rolę zapowiedzi dla jeszcze potężniejszej instalacji – Square Kilometre Array (SKA). Ten międzynarodowy projekt przewiduje budowę tysięcy anten w Afryce Południowej i Australii, połączonych w jeden gigantyczny system o łącznej powierzchni zbierającej rzędu kilometra kwadratowego.

Pierwsze fazy SKA mają ruszyć około 2028 roku. Dane z tego systemu, połączone z obserwacjami MeerKAT, pozwolą zajrzeć do rejonów kosmosu, które dotąd były całkowicie poza zasięgiem teleskopów optycznych. Radiowe „uszy” okażą się szczególnie przydatne w miejscach pełnych pyłu, gdzie światło widzialne się rozprasza, a fale radiowe bez problemu przenikają przez przesłony.

Planowane kampanie obserwacyjne będą skupiały się na obszarach, gdzie gromady galaktyk tworzą wiele soczewek grawitacyjnych naraz. Tego typu strefy działają jak system lornetek rozrzuconych po całym niebie, wzmacniając sygnały z bardzo odległych źródeł. Celem jest budowa dokładnego katalogu megamaserów i gigamaserów oraz prześledzenie ich roli na różnych etapach historii kosmicznej.

Co oznacza rekordowy gigamaser dla zwykłego czytelnika

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że to tylko kolejny techniczny rezultat z dziedziny astrofizyki. W praktyce taki sygnał pełni podobną funkcję jak skamieniałości w geologii – pozwala zajrzeć do bardzo odległej przeszłości i sprawdzić, jak wyglądały podstawowe procesy kształtujące współczesne galaktyki, w tym naszą Drogę Mleczną.

Lepsze zrozumienie zderzeń galaktyk oraz gwałtownych faz powstawania gwiazd pomaga wyjaśnić, skąd bierze się różnorodność struktur obserwowanych dziś na niebie. Rekordowy gigamaser nie jest tylko osobliwością – wskazuje, że w odległych epokach podobne zjawiska mogły być znacznie częstsze, niż do tej pory zakładano.

Warto też zwrócić uwagę na samo soczewkowanie grawitacyjne. To jedno z najbardziej bezpośrednich potwierdzeń ogólnej teorii względności Einsteina, widoczne nie na tablicy z równaniami, ale w konkretnych danych pomiarowych. To właśnie dzięki efektom opisanym sto lat temu w teorii grawitacji możliwe stało się „podsłuchanie” galaktycznego zderzenia sprzed 8 miliardów lat.

Dla amatorów astronomii radiowej taka historia jest dobrą ilustracją, dlaczego nowe generacje teleskopów – od MeerKAT po SKA – budzą tyle emocji. Każda poprawa czułości oznacza dostęp do kolejnej warstwy kosmicznej przeszłości. A pojedynczy, wyjątkowo jasny gigamaser działa jak latarnia, która pokazuje, że za tą warstwą kryje się jeszcze wiele nieznanych sygnałów, czekających na odpowiednio czułe „uszy” na Ziemi.