Десь у ранньому Всесвіті, понад вісім мільярдів років тому, дві галактики зіштовхнулись і почали зливатись, породивши в цьому хаосі сигнал настільки яскравий, що він не лише долетів до нас крізь половину спостережуваного Всесвіту — він перевершив усе, що коли-небудь реєструвалось у своєму класі. Відкриття зробив радіотелескоп MeerKAT у Південній Африці, а дослідники з Університету Преторії запропонували для нового об’єкта нову категорію — гігамазер. Препринт дослідження опубліковано на arXiv, статтю прийнято до Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; про відкриття повідомив Daily Mail та Gizmodo.
Що відомо коротко:
- Джерело сигналу — система H-ATLAS J142935.3–002836, що знаходиться за 8 мільярдів світлових років
- Сигнал є гідроксильним мазером — природним аналогом мікрохвильового лазера, що виникає під час злиття галактик
- Він у 100 000 разів яскравіший за зорю — у дуже вузькій смузі електромагнітного спектра
- Видимість сигналу забезпечила гравітаційна лінза — стороння галактика, що стоїть на шляху між джерелом і Землею
- За яскравістю він далеко перевищує відомих «мегамазерів», тому команда запропонувала новий термін — «гігамазер»
Що таке мазер і чому він виникає у космосі
Лазер — це пристрій, що генерує когерентне, сфокусоване світло за рахунок стимульованого випромінювання. Замініть «світло» на «мікрохвилі» — і отримаєте мазер (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). На Землі мазери використовують в атомних годинниках і прецизійних вимірювальних приладах. Але мазери існують і у космосі — і там вони досягають неймовірних масштабів.
Гідроксильний мазер виникає за специфічних умов: у щільних хмарах газу і пилу, стислих у ході злиття галактик. Потужне радіовипромінювання від активних ядер і чорних дір збуджує молекули гідроксилу (OH — атом кисню + атом водню), і ті «вистрілюють» скоординованим мікрохвильовим пучком на довжині хвилі близько 18 сантиметрів (1665 МГц). Якщо яскравість такого сигналу надзвичайно висока — його називають мегамазером. Нове відкриття перевершило навіть цю категорію.
Деталі відкриття
Галактична система H-ATLAS J142935.3–002836 вперше була ідентифікована ще у 2014 році за знімками телескопів Hubble і ALMA як система галактик, що зливаються. Але лише тепер, спрямувавши на неї MeerKAT, дослідники побачили те, що вперше описав провідний автор Тато Манамела, постдок університету Преторії: «Ми бачимо радіоеквівалент лазера на відстані половини Всесвіту».
Сигнал був би майже неможливим для виявлення — зазвичай мазери на таких відстанях тонуть у фоновому шумі. Але між джерелом і Землею по лінії зору незалежно розташована ще одна, не пов’язана з першою галактика. Її гравітаційна лінза викривляє простір-час і фокусує мікрохвильовий пучок у бік Землі — подібно до того, як крапля води на склі збільшує те, що за нею. Це не «додає» нового світла, але перенаправляє до нас більшу його частку.
Що показали нові спостереження
Яскравість зареєстрованого сигналу настільки перевершує всі відомі мегамазери, що дослідники запропонували ввести нову категорію — гігамазер. «Це приблизно 100 000 разів яскравіше від зорі, але в далекій галактиці, сконцентроване у дуже-дуже малій частині [електромагнітного] спектра», — пояснив співавтор дослідження, астрофізик університету Преторії Роджер Дін у коментарі для New Scientist.
Важливо і те, коли відбувалась ця подія: 8 мільярдів років тому Всесвіту було менше половини нинішнього віку. Спостерігаючи цей сигнал, ми бачимо галактики такими, якими вони були у ту космічну епоху. Саме тому темна матерія і еволюція галактик у ранньому Всесвіті залишаються одними з найважливіших питань сучасної астрофізики.
Чому це важливо для науки
Мазери давно розглядаються як «космічні маяки» — потужні й вузькосмугові сигнали, що чітко виділяються на тлі фонового шуму і несуть інформацію про стан газу, пилу та зоряної активності в галактиках, що зливаються. Якщо ALMA колись зробила найбільший знімок центру нашої галактики, то MeerKAT відкриває ті самі процеси в галактиках на краю спостережуваного Всесвіту.
Цей гігамазер доводить: якщо вдало поєднати надпотужне джерело з природною гравітаційною лінзою, телескопи нової генерації здатні «заглядати» у злиття галактик на дистанціях, раніше недосяжних. Команда Манамели вже оголосила: вони хочуть знайти не один такий об’єкт — а «сотні і тисячі» подібних систем. Це відкриє вікно у ранню еволюцію Всесвіту, яке досі залишалось зачиненим.
Цікаві факти
📡 MeerKAT — радіотелескоп-первісток SKA. MeerKAT у Карру, Південна Африка — це 64 антени, що разом утворюють один з найчутливіших радіотелескопів у світі. Він є попередником Квадратного кілометрового масиву (SKA) — майбутнього мегателескопа, що будується у ПАР і Австралії. Вже зараз саме MeerKAT виявив гравітаційні хвилі від злиття надмасивних чорних дір — ще один рекорд у своїй неповній «колекції» відкриттів.
🌀 Гравітаційна лінза — «телескоп», який не потрібно будувати. Ефект гравітаційного лінзування, передбачений Ейнштейном, перетворює масивні галактики на природні оптичні прилади. У випадку H-ATLAS J142935.3–002836 лінза не лише збільшила сигнал, але й характерно деформувала зображення системи — на знімках Hubble вона виглядає як розтягнута, спотворена дуга.
🔬 Між «мега» і «гіга» — прірва. Уже відомі мегамазери — найяскравіші з їх роду до цього відкриття. Але новий об’єкт такий потужний, що автори дослідження вважають: ввести окрему категорію («гігамазер») є науково обґрунтованим. Це не просто гарна назва — це вказівка на якісно іншу фізику процесів у системі, де зливаються галактики.
⏳ Ми бачимо минуле. Оскільки швидкість світла є обмеженою, 8 мільярдів світлових років відстані = 8 мільярдів років у минулому. Ми спостерігаємо ці дві галактики такими, якими вони були ще до того, як на Землі сформувалась сама планета. Сонячна система існує лише ~4,6 млрд років — цей сигнал старший за наше Сонце.
FAQ
Чим мазер відрізняється від лазера і чи є він небезпечним? І лазер, і мазер засновані на одному принципі — стимульованому випромінюванні збуджених частинок, що дає когерентний пучок. Різниця лише в діапазоні: лазер — видиме або інфрачервоне світло, мазер — мікрохвилі. Космічний гігамазер не несе жодної загрози: за 8 мільярдів світлових років його сигнал розсіявся до вкрай малих значень. До Землі він доходить у вигляді слабкого мікрохвильового радіосигналу, який потребує надчутливих антен для реєстрації.
Що дає наукова класифікація «гігамазер»? Це не лише питання номенклатури. Якщо мегамазери вже дозволяють досліджувати злиття галактик і активні ядра, то гігамазери відкривають нову нішу — вони можуть слугувати маркерами найбільш екстремальних галактичних злиттів у ранньому Всесвіті. Їх ще не вдавалось спостерігати так детально. Шанс знайти «сотні і тисячі» таких об’єктів означав би нову статистичну базу для космології.
Чому це відкриття стало можливим саме зараз? Поєднання двох факторів: чутливість MeerKAT (яка перевищує можливості попередніх радіотелескопів) і щасливе збігання гравітаційної лінзи точно на лінії зору. Команда Манамели вказує, що подальший пошук буде систематичним — вони планують оглянути великі ділянки неба за допомогою нового покоління радіоінтерферометрів у надії знайти аналогічні системи.