Teleskop w RPA wyłapał rekordowy sygnał sprzed 8 mld lat

W południowoafrykańskiej pustyni radioteleskop zarejestrował sygnał, który wyruszył w drogę, gdy młody kosmos dopiero nabierał kształtu.

Naukowcy analizują teraz niezwykle intensywny „laser radiowy” zderzających się galaktyk. To promień, który przeleciał ponad połowę obserwowalnej przestrzeni kosmicznej i ustanowił nowy rekord w swojej kategorii.

Rekordowy sygnał: promień radiowy z czasów młodego kosmosu

Obiekt o technicznym oznaczeniu HATLAS J142935.3-002836 znajduje się w odległości ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi. To znaczy, że zarejestrowany sygnał powstał, gdy kosmos miał zaledwie około 5 miliardów lat, czyli był ponad dwa razy młodszy niż obecnie.

Promieniowanie dotarło do anten radioteleskopu MeerKAT w Republice Południowej Afryki w kwietniu 2025 roku. Zarejestrowany został bardzo specyficzny rodzaj emisji – tzw. megamaser hydroksylowy, czyli naturalny odpowiednik lasera, tylko że nadający na falach radiowych i w skali galaktycznej.

Sygnał ten jest najdalszym i jednym z najsilniejszych znanych przykładów kosmicznego „lasera radiowego” związanego ze zderzeniem galaktyk.

Normalnie tak słaba emisja z tak odległego miejsca nie miałaby szansy przebić się przez szum kosmiczny. Tym razem sprzyjające ułożenie materii w kosmosie zadziałało jak gigantyczny wzmacniacz.

Kosmiczna lupa grawitacyjna wzmacnia niewidoczny sygnał

Pomiędzy odległą galaktyką a Ziemią znajduje się inna, masywna galaktyka. Jej grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń w swoim otoczeniu i działa jak soczewka. Ten efekt nazywamy soczewkowaniem grawitacyjnym.

W tym przypadku doszło do niezwykle rzadkiego, trójstopniowego ustawienia: źródło sygnału – galaktyka pośrednia – Ziemia. Dzięki temu promień radiowy został skupiony i wzmocniony na tyle, że MeerKAT mógł go uchwycić.

• galaktyka odległa – emituje promień radiowy z obszaru zderzenia galaktyk,
• galaktyka pośrednia – pełni rolę kosmicznej lupy grawitacyjnej,
• Ziemia – na jej orbicie i powierzchni działają instrumenty rejestrujące wzmocniony sygnał.

Zespół kierowany przez Marcina Głowackiego z Uniwersytetu w Pretorii zidentyfikował tę konfigurację, analizując dane z przeglądu MeerKAT Absorption Line Survey. To właśnie tam wypatrzono nietypowy sygnał, który okazał się rekordowo jasnym megamaserem hydroksylowym.

Bez tego „ustawienia pod linijkę” promień prawdopodobnie pozostałby poza zasięgiem wszystkich aktualnie działających radioteleskopów. Szczęśliwy zbieg okoliczności zamienił go w naturalny eksperyment, z którego astronomowie mogą wyciągnąć mnóstwo danych.

MeerKAT: afrykański gigant radiowy, który widzi to, czego inni nie łapią

MeerKAT składa się z 64 anten rozstawionych w południowoafrykańskiej pustyni Karoo. Taka konfiguracja daje bardzo dużą czułość i rozdzielczość. System stale skanuje południowe niebo, wychwytując słabe emisje radiowe z odległych zakątków kosmosu.

Instrument jest szczególnie wrażliwy na emisje, które dla innych teleskopów giną w szumie. W połączeniu z efektami soczewkowania grawitacyjnego czyni go to idealnym narzędziem do wyszukiwania ekstremalnie odległych źródeł promieniowania radiowego.

MeerKAT pełni dziś rolę „radaru wczesnego ostrzegania” dla zjawisk radiowych, które dopiero za kilka lat staną się codziennym celem przyszłych, jeszcze czulszych instrumentów.

Gdy galaktyki się zderzają: narodziny megamasera

Źródłem zarejestrowanego sygnału jest burzliwa strefa zderzenia dwóch galaktyk. Ich obłoki gazu molekularnego zderzają się, sprężają i nagrzewają. W tych ekstremalnych warunkach wzbudzają się cząsteczki hydroksylu (OH), które zaczynają emitować bardzo specyficzne promieniowanie radiowe.

Działa to podobnie jak laser w laboratorium, tylko na znacznie większą skalę i w innym zakresie fal. W laserze światło optyczne ulega wzmocnieniu w ośrodku aktywnym. W megamaserze takim ośrodkiem stają się ogromne obszary gazu w galaktyce, a „światłem” jest promieniowanie radiowe.

W przypadku HATLAS J142935 tempo powstawania nowych gwiazd w wyniku zderzenia galaktyk szacuje się na setki mas Słońca rocznie. To kilkanaście, a czasem nawet kilkadziesiąt razy szybciej niż w typowej spokojnej galaktyce spiralnej.

Od megamasera do gigamasera

Sygnał zarejestrowany przez zespół Głowackiego jest tak jasny, że naukowcy proponują wydzielenie nowej kategorii – gigamaserów. Ten konkretny obiekt bije na głowę wszystkie dotychczas znane megamasery hydroksylowe pod względem mocy emisji.

Rekordowa jasność wskazuje na ekstremalną gwałtowność procesów, które rozgrywają się w centrach łączących się galaktyk: szaleńcze tempo narodzin gwiazd, silne fale uderzeniowe w gazie i intensywne ogrzewanie pyłu.

Analiza tak silnych źródeł pozwala precyzyjniej badać rozkład gazu w odległych galaktykach oraz to, jak zderzenia wpływają na ich dalszy rozwój. Dla astronomów to coś w rodzaju naturalnego „podświetlenia” odległych struktur, których inaczej nie dałoby się zobaczyć.

Polowanie na tysiące ukrytych „laserów kosmicznych”

Rejestracja pierwszego gigamasera hydroksylowego wzmocnionego soczewkowaniem grawitacyjnym to mocny argument za nową strategią obserwacyjną. Zamiast szukać tylko najjaśniejszych źródeł, badacze chcą systematycznie patrzeć przez „naturalne wzmacniacze” – masywne galaktyki i gromady galaktyk.

To one tworzą największe soczewki grawitacyjne w kosmosie i mogą ujawnić tysiące słabych megamaserów, które normalnie pozostałyby zbyt ciche. Takie obiekty są szczególnie cenne, bo powstają tam, gdzie tempo narodzin gwiazd sięga ekstremalnych wartości.

MeerKAT pełni obecnie funkcję przedsionka dla ogromnego projektu Square Kilometre Array (SKA), który zbudują wspólnie m.in. RPA i Australia. SKA będzie się składać z tysięcy anten zajmujących łączną powierzchnię jednego kilometra kwadratowego. Pierwsze etapy mają ruszyć już w 2028 roku.

Co zmieni SKA w badaniach kosmosu radiowego

• kilkukrotnie wyższa czułość niż obecne radioteleskopy,
• możliwość zarejestrowania znacznie słabszych i dalszych megamaserów,
• szczegółowe mapy gazu w galaktykach z wczesnych epok kosmicznych,
• lepsze zrozumienie, jak zderzenia galaktyk wpływają na wzrost masy gwiazd.

Gdy dane z MeerKAT i SKA zaczną się uzupełniać, astronomowie zyskają wgląd w rejony, do których teleskopy optyczne w ogóle nie sięgają z powodu pyłu i ogromnych odległości. Na częstotliwościach radiowych można zajrzeć „za zasłonę” i zobaczyć, jak naprawdę rozkłada się gaz, z którego powstają nowe gwiazdy.

Co dla zwykłego czytelnika oznacza ten rekordowy sygnał

Na pierwszy rzut oka może to wyglądać na bardzo techniczną ciekawostkę dla wąskiej grupy specjalistów. W praktyce takie rekordowe emisje stają się punktami odniesienia dla całej kosmologii: pomagają testować modele rozwoju struktur, tempa powstawania gwiazd czy gęstości materii w odległych epokach.

Warto też zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt. Soczewkowanie grawitacyjne, bez którego ten sygnał nie byłby dostępny, wynika bezpośrednio z ogólnej teorii względności. Za każdym razem, gdy takie zjawisko rejestrowane jest z dużą precyzją, fizycy mogą sprawdzić, czy opis Einsteina nadal pasuje do danych, czy trzeba go korygować.

Dla osób śledzących wiadomości o technologiach obserwacyjnych to także zapowiedź nadchodzącej rewolucji. Gdy SKA wejdzie do gry, podobnych doniesień będzie nie kilka, lecz tysiące. Wtedy z pojedynczych, efektownych przykładów da się złożyć pełniejszy obraz historii galaktyk – od gwałtownych zderzeń w młodym kosmosie aż po spokojniejsze fazy znane z otoczenia naszej Drogi Mlecznej.