Hydroksilo gigamaserio atradimas 8 mlrd. šviesmečių

Įsivaizduokite švyturį toks ryškų, kad jis prasiveržia per aštuonis milijardus metų tamsos. Trumpas sakinys. Didelė idėja.

Pietų Afrikos radijo teleskopas MeerKAT užfiksavo retą kosminio lazerio rūšį, hydroksilo maserį, degantį jungimosi metu esančioje galaktikoje, kai Visata buvo mažiau nei perpus tokia sena kaip dabar. Signalas sklinda iš sistemos, tokios tolimos, kad jos šviesa išvyko gerokai prieš mūsų planetos susidarymą, tai šnabždesys iš chaotiško susidūrimų ir intensyvaus žvaigždžių gimimo laikotarpio.

Šie hydroksilo maseriai nėra mažos, vietinės apraiškos, kurias astronomai kartais randa netolimuose žvaigždžių formavimosi debesyse. Tai megamaseriai, radijo lazeriai, sustiprinti milijoną kartų daugiau nei įprasti maseriai, ir šiuo atveju emisija artėja prie gigamaserio režimo, tai milijardo kartų stiprinimas, paverčiantis galaktiką radijo jėgaine. Atrastį, kuriai vadovavo Thato Manamela ir Roger Deane, nustatė naują hydroksilo spinduliuotės atstumo rekordą ir praplečia priemonių rinkinį ankstyvosios Visatos tyrimui.

Kaip komandai pavyko pastebėti tokį menką signalą? Du ingredientai: didelis jautrumas ir kosminis didinamasis stiklas. MeerKAT platus dažnių aprėptis leido teleskopui vienu stebėjimu perbraukti didelę radijo spektro dalį, užfiksuojant tiek hydroksilo "pirštą", tiek neutraliojo vandenilio absorbciją be atskirų nukreipimų. Tada gravitacija padėjo. Priekinės eilės galaktika veikė kaip natūralus lęšis, sustiprindama tolimą signalą ir per kelias stebėjimo valandas paverčiant kitaip nematomą šaltinį aptinkamu.

Tolimos, už 8 milijardų šviesmečių esančios galaktikos iliustracija (raudona), padidinta nesusijusios priekinės diskinės galaktikos, dėl ko susidaro raudonas žiedas. Radijo šviesos skaidymas į skirtingas spalvas, kaip daro prizmė, atskleidžia hydroksilo gigamaserį (viršutiniame dešiniajame kampe vaivorykštės spalvos linija). 

Duomenų apdorojimas atliko pagrindinį darbą užkulisiuose. MeerKAT generuoja gigabaitus kiekvieną sekundę. Tarpuniversitetinis duomenų intensyvios astronomijos institutas (IDIA) naudojo didelės spartos kanalus trikdžiams šalinti, masyvą kalibruoti ir išgauti menką spektro liniją, palaidotą triuke. Galvokite apie tai kaip apie ilgai palaidotos brangenybės poliravimą: trilijonai skaičiavimų, superkompiuteriai dirbantys dienomis, ir staiga atsiranda švarus spektro pėdsakas.

Šis aptikimas įrodo, kad dabar galime pasiklausyti ekstremalių, stipriai užstočių kupinų žvaigždžių formavimosi aplinkų prieš milijardus metų.

Mokslinė nauda gerokai didesnė nei vien naujas rekordas. Hydroksilo megamaseriai glaudžiai susiję su galaktikų susijungimais ir įnirtingu, dulkėtu žvaigždžių formavimusi, kurį sukelia šie susidūrimai. Tai svarbu, nes besijungiančiose galaktikose dažnai gyvena poromis supermasyvios juodosios skylės, kurios galiausiai susisuks viena į kitą ir sukrės erdvėlaikio audinį. Tolimų megamaserių atradimas ir katalogavimas suteikia astronomams galimybę tiksliai nustatyti aplinkas, kur prasideda šie dramatiški finalai.

Čia taip pat atsiranda technologinis užuomazga. Jei MeerKAT gali aptikti tokį signalą per kelias valandas, pasinaudodamas lęšio efektu, sistemingi gilūs žvalgai greičiausiai pavers šiuos pavienius atradimus statistine populiacija. Artėjanti Kvadratinių kilometrų masyvo observatorija (Square Kilometre Array Observatory, SKAO) ir papildomi masyvai, kaip naujos kartos Very Large Array (ngVLA), išplės šį pasiekiamumą: kiekvienas dengs skirtingus radijo dažnius ir kartu žemėlapiuos radijo dangų beprecedenčiu gylio lygiu.

Geopolitiniu požiūriu atradimas pabrėžia Pietų Afrikos augantį lyderiavimą duomenimis intensyvioje radijo astronomijoje. MeerKAT jau yra pasaulinio lygio instrumentas; kartu su vietine kompetencija institucijose, tokiuose kaip IDIA, jis leidžia atrasti rezultatus, formuojančius tarptautinius projektus ir rengiančius naują astronomų kartą, išmanančią tiek signalus, tiek programinę įrangą.

Yra ir paskutinis, viliojantis posūkis: kiekvienas naujas tolimas megamaseris yra laiko kapsulė. Mes ne tik matuojame ryškumą ar dažnį; atkuriame sąlygas dulkėtuose galaktikų širdyse, kai kosmosas buvo jaunas. Kiekvienas aptikimas nuima sluoksnį paslėpto žvaigždėjimo ir juodųjų skylių augimo, kurių optiniai teleskopai sunkiai mato. Tęskite klausymą, radijo dangus vis dar slepia garsias paslaptis.