Новые горизонты астрономии: обнаружение водорода в далеком космосе с помощью телескопа MeerKAT

Астрономы сделали важное открытие, используя радиотелескоп MeerKAT, расположенный в Южной Африке. Им удалось зафиксировать водородный газ на расстоянии миллиардов световых лет от Земли, что относится к эпохе, когда Вселенная была значительно моложе своего нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Это исследование может открыть новые горизонты в картировании крупномасштабной структуры Вселенной, полагаясь на метод, известный как картирование интенсивности водорода.

Что такое картирование интенсивности водорода?

Водород, являясь самым легким и распространенным элементом во Вселенной, излучает слабый радиосигнал, известный как 21-сантиметровая линия. Этот сигнал подвержен эффекту красного смещения: по мере расширения Вселенной под воздействием темной энергии, длина волны сигнала увеличивается. Степень красного смещения позволяет астрономам определить, как долго сигнал путешествовал до нас, а значит, и тот период, когда существовал водород, излучивший его. Картирование интенсивности водорода позволяет астрономам отслеживать радиовыбросы от ранее невидимых галактик и создавать трехмерную модель крупнейших структур во Вселенной. Ранее этот метод сочетал в себе обнаружение радиоволн и наблюдения из галактических опросов, использующих видимый свет. Однако новое исследование, проведенное с помощью MeerKAT, изменяет этот подход.

Достижения команды

Команда астрономов проанализировала около 96 часов наблюдений с помощью MeerKAT, обнаружив сигналы водорода, относящиеся к периодам от 4 до 5 миллиардов лет назад. Эти сигналы охватывают расстояния в миллионы световых лет, сопоставимые с расстоянием между нашей галактикой Млечный Путь и соседней галактикой Андромеды. Это достижение подчеркивает полезность картирования водорода. По словам члена команды Заотинга Чена из Эдинбургского университета, нейтральный водород является ключевым элементом для понимания формирования и эволюции галактик. С помощью интенсивного картирования астрономы могут измерять коллективный сигнал от водорода по большим космическим объемам, что открывает новые возможности для изучения как эволюции галактик, так и распределения материи во Вселенной.

Будущее космологических исследований

Будущие космологические опросы могут значительно выиграть от развития методов картирования водорода. Это станет важным фактором для работы Обсерватории Square Kilometre Array (SKAO), которая в настоящее время строится в регионе Мерчисон в Западной Австралии и в регионе Кару в Южной Африке. Лаура Вольц из Университета Манчестера отметила, что возможность извлечения этого сигнала из наблюдений, которые изначально не были предназначены для картирования интенсивности водорода, подчеркивает научную ценность данных MeerKAT и указывает на перспективы будущих наблюдений с SKAO.

Проблемы и перспективы

Команда теперь сосредоточится на сборе дополнительных наблюдений с помощью MeerKAT, охватывающих более обширные участки неба в течение более длительных периодов времени. Это должно предоставить астрономам еще более детализированные карты водорода, которые могут помочь понять, как формировались крупнейшие структуры во Вселенной на протяжении миллиардов лет. Марио Г. Сантос из Университета Западного Кейпа в Австралии отметил, что процесс анализа данных был сложным и требовал глубокого понимания множества источников загрязнения, которые могут повлиять на такие слабые измерения. Данные, использованные в этом исследовании, были собраны в 2018 году, когда MeerKAT только начинал научные операции. В настоящее время существует богатый массив данных MeerKAT, ожидающих изучения с помощью этого метода. Исследование команды было опубликовано в июльском выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters.