Используя телескоп MeerKAT в Южной Африке, международная группа астрономов обнаружила мощный радиоволновой лазер, известный как «мегамазер» — излучение, возникающее во время крупных космологических событий, таких как столкновение двух галактик. Это самый далекий мегамазер из когда-либо обнаруженных: его источник находится на расстоянии около пяти миллиардов световых лет от Земли. Он также является одним из самых ярких из известных. Это открытие может помочь нам лучше понять, как развивалась Вселенная с течением времени.
Подобно тому, как лазер излучает в видимом световом диапазоне, мазер также называется излучением со стимулированной эмиссией, но его частота обычно находится в микроволновом и радиодиапазоне. Большинство известных внегалактических мазеров являются мегамазерами, которые характеризуются чрезвычайной яркостью, обычно в 1000 раз превышающей яркость Солнца. Большинство из них являются так называемыми «гидроксильными мегамазерами», что означает, что усиленная спектральная линия связана с переходом в молекуле гидроксила (OH).
Галактики состоят из сотен миллиардов звезд, газа и темной материи. Когда две галактики сливаются, газ в них становится чрезвычайно плотным. Молекулы в этих галактиках, особенно молекулы гидроксила, могут затем излучать специфические радиосигналы, которые иногда бывают чрезвычайно яркими: они называются мегамазерами. В локальной Вселенной гидроксильные мегамазеры (отмеченные OHM) обнаруживаются почти исключительно в светящихся инфракрасных галактиках, причем их распространенность увеличивается с ростом ИК-светимости, что позволяет предположить, что они отражают слияния богатых газом галактик, объясняют астрономы в своем .
Используя результаты наблюдений в рамках исследования LADUMA (Looking At the Distant Universe with the MeerKAT Array), астрономы впервые обнаружили OHM с красным смещением более 0,5, названный LADUMA J033046.20-275518.1 (и прозванный «Nkalakatha», зулусское слово, означающее «большой босс»). Принимающая система, WISEA J033046.26-275518.3, является инфракрасной светящейся радиогалактикой с красным смещением около 0,52 — что, кстати, повышает пределы обнаружения MeerKAT. Это первый случай, когда мегамазер был обнаружен на таком расстоянии.
Этот OHM был замечен в первую ночь исследования, включавшего более 3000 часов наблюдений на телескопе MeerKAT! «Впечатляет, что всего за одну ночь наблюдений с помощью MeerKAT мы уже обнаружили мегамазер, который бьет рекорды по красному смещению«, — сказал Марцин Гловацки, астроном из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) в Западной Австралии.
OHM излучают свет на длине волны 18 см, т.е. в радиочасти электромагнитного спектра, который прекрасно способен регистрировать радиотелескоп MeerKAT. Команда использует телескоп, чтобы заглянуть в глубокие области звездного неба и измерить содержание нейтрального водородного газа в галактиках за последние девять миллиардов лет. «LADUMA исследует водород в одной космической вувузеле, которая простирается назад, когда возраст Вселенной составлял лишь треть от ее нынешнего возраста«, — объясняет Сара Блит, астроном из Кейптаунского университета и соавтор исследования.
Для измерения водорода команда ищет свет с длиной волны 21 см, который по мере расширения Вселенной растягивался до более длинных волн. Тогда-то они и обнаружили это особенно интенсивное излучение гидроксила (эквивалентное примерно 6,3 x 103 солнечной светимости), первоначальная длина волны которого была растянута еще больше. Как только команда поняла, что это мегамазер, они должны были найти его галактику-хозяина.
Поскольку этот участок неба широко наблюдался в других диапазонах волн, его легко идентифицировали как WISEA J033046.26-275518.3, галактику, которая, как известно, имеет длинный хвост с одной стороны, видимый в радиоволнах. Расстояние до нее составляет около 58 триллионов миллиардов километров, а свет от мегамазера был испущен около 5 миллиардов лет назад, когда возраст Вселенной составлял лишь две трети от ее нынешнего возраста.
Изучение OHM, вместе с количественным определением водорода от далеких до близких галактик, может пролить свет на некоторые процессы в эволюции Вселенной. Команда проведет последующие наблюдения за этим мегамазером и надеется сделать еще несколько подобных открытий. «»MeerKAT», вероятно, удвоит известное число этих редких явлений. Считалось, что в прошлом галактики сливались чаще, и недавно обнаруженные мегамазеры OHM позволят нам проверить эту гипотезу«, — комментирует профессор Джереми Дарлинг, эксперт по мегамазерам из Университета Колорадо и соавтор исследования.
MeerKAT является предшественником строящегося телескопа Square Kilometre Array (SKA) и будет интегрирован в среднечастотный компонент первой фазы проекта — фазы, которая должна быть завершена к 2024 году и составит 10% от окончательного массива.