MeerKAT wyłapał radiowy "ślad" wodoru sprzed 5 mld lat

Badacze pracujący na południowoafrykańskim radioteleskopie MeerKAT po raz pierwszy zarejestrowali w sposób bezpośredni bardzo słabe promieniowanie radiowe emitowane przez neutralny wodór z odległości kilku miliardów lat świetlnych. Zarejestrowane fale wędrowały do Ziemi przez około cztery–pięć miliardów lat, dzięki czemu obserwacje obejmują istotny etap historii wszechświata.

W ramach projektu wykonano około 96 godzin obserwacji. Umożliwiło to wyodrębnienie sygnału wodoru pochodzącego z dwóch różnych okresów rozwoju kosmosu. Dotąd detekcje na podobnych dystansach zwykle wymagały zestawienia danych radiowych z pomiarami optycznymi, tym razem jednak rezultat osiągnięto wyłącznie na podstawie obserwacji radiowych.

Rezultaty opisane w czasopiśmie "The Astrophysical Journal Letters" potwierdzają skuteczność podejścia określanego jako intensywne mapowanie wodoru. Technika ta polega na analizie zbiorczego sygnału radiowego pochodzącego od wielu galaktyk bez konieczności identyfikowania każdej z nich osobno. Dzięki temu można sprawnie mapować rozległe obszary wszechświata i lepiej badać zarówno rozkład materii, jak i mechanizmy stojące za ewolucją galaktyk.

Neutralny wodór naturalnie emituje fale radiowe o długości około 21 centymetrów. Ponieważ wszechświat się rozszerza, fala ta ulega wydłużeniu, co pozwala rozróżniać sygnały pochodzące z różnych epok kosmicznych. Zestawiając informację o długości fali z pozycją sygnału na niebie, naukowcy mogą budować trójwymiarowe mapy struktur kosmicznych obejmujące odległości rzędu milionów lat świetlnych.

Pomiar wykonany z użyciem MeerKAT obejmuje skale przestrzenne porównywalne z dystansem dzielącym Drogę Mleczną i galaktykę Andromedy. Uzyskanie tak odległego, słabego sygnału wymagało oddzielenia go od innych źródeł promieniowania radiowego oraz uwzględnienia wpływu efektów instrumentalnych samego teleskopu. Autorzy badania zwracają uwagę, że analizowane dane pochodzą z obserwacji z 2018 r., gdy MeerKAT dopiero rozpoczynał działalność naukową, co dodatkowo podkreśla wagę osiągnięcia.

Naukowcy wskazują, że uzyskane wyniki są ważnym etapem przygotowań do kolejnych projektów z udziałem obserwatorium Square Kilometre Array (SKAO), dla którego MeerKAT pełni rolę kluczowego przedsięwzięcia pilotażowego. Dłuższe obserwacje i objęcie nimi większych fragmentów nieba mają umożliwić tworzenie coraz dokładniejszych map rozmieszczenia wodoru. To z kolei ma pomóc lepiej zrozumieć powstawanie galaktyk, znaczenie ciemnej materii w układzie kosmicznym oraz kolejne fazy ewolucji wszechświata.