Международная группа астрономов с помощью телескопа MeerKAT в Южной Африке обнаружила мощный радиоволновой лазер, мегамазер, возникший во время крупного космологического события, например столкновения двух галактик. Источник этого мегамазера находится на расстоянии примерно пяти миллиардов световых лет от Земли. Это самый удалённый из когда-либо обнаруженных мегамазеров и один из самых ярких. Открытие может помочь в изучении развития Вселенной.
Как лазер излучает в видимом свете, мазер также называется излучением со стимулированной эмиссией, но его частота обычно расположена в микроволновом и радиодиапазоне. Известные внегалактические мазеры — мегамазеры, отличающиеся необычайной яркостью, которая, как правило, превышает яркость Солнца в тысячу раз. Большинство из них — так называемые «гидроксильные мегамазеры», что означает, что усиленная спектральная линия связана с переходом в молекуле гидроксила (OH).
Галактики состоят из сотен миллиардов звезд, газа и темной материи. При слиянии двух галактик газ в них становится чрезвычайно плотным. Молекулы, особенно молекулы гидроксила, могут излучать специфические радиосигналы, которые иногда бывают очень яркими: мегамазеры. В локальной Вселенной гидроксильные мегамазеры (OHM) обнаруживаются почти исключительно в светящихся инфракрасных галактиках, причем их количество увеличивается с ростом ИК-светимости. Астрономы предполагают, что это отражает слияния богатых газом галактик. .
В ходе исследования LADUMA астрономы впервые обнаружили OHM с красным смещением более 0,5, названный LADUMA J033046.20-275518.1 и прозванный «Nkalakatha» (с зулуского – «большой босс»). Принимающая система, WISEA J033046.26-275518.3, представляет собой инфракрасную светящуюся радиогалактику с красным смещением около 0,52 — это значение превышает пределы обнаружения MeerKAT. Это первый случай обнаружения мегамазера на таком расстоянии.
В ходе первых исследований, которые заняли свыше трёх тысяч часов наблюдения с помощью телескопа MeerKAT, этот объект OHM был обнаружен. За одну ночную серию наблюдений с помощью MeerKAT удалось найти мегамазер, превосходящий все предыдущие по красному смещению. — заявил Марчин Гловацкий, астроном из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR), расположенного в Западной Австралии.
Объекты OHM излучают свет с длиной волны 18 см, что относится к радиочастотам электромагнитного спектра. Радиотелескоп MeerKAT способен регистрировать этот свет. Команда использует телескоп для исследования глубоких областей звездного неба и измерения содержания нейтрального водородного газа в галактиках за последние девять миллиардов лет. LADUMA изучает водород в древней космической облаке газа, сформировавшемся в ранней Вселенной. — разъясняет Сара Блит, астроном из Кейптаунского университета и соавтор исследования.
Чтобы измерить водород, команда искала свет с длиной волны 21 сантиметр, который при расширении Вселенной растягивался до более длинных волн. Именно тогда обнаружили это особенно интенсивное излучение гидроксила (эквивалентное примерно 6,3 x 10). 3Солнечной светимости, первоначальная длина волны которой была увеличена ещё больше. Команда, обнаружив, что это мегамазер, должна была определить его галактику-хозяина.
Из-за широкого наблюдения участка неба в других диапазонах волн его легко опознали как WISEA J033046.26-275518.3, галактику с длинным хвостом, видимым в радиоволнах. До нее около 58 триллионов миллиардов километров. Свет мегамазера был издан примерно 5 миллиардов лет назад, когда Вселенной было лишь две трети нынешнего возраста.
Изучение OHM и количественное определение водорода из далеких до близких галактик могут помочь понять некоторые процессы в эволюции Вселенной. Команда планирует продолжить наблюдения за этим мегамазером и надеется на новые открытия. «MeerKAT», возможно, удвоить количество известных случаев таких редких событий. Ранее предполагалось, что галактики раньше сближались чаще, и недавно найденные мегамазеры OHM помогут проверить эту теорию. — поясняет профессор Джереми Дарлинг, специалист по мазерам из Университета Колорадо и соавтор исследования.
MeerKAT служит предшественником телескопа Square Kilometre Array (SKA) и будет включен в среднечастотный компонент первой фазы проекта, которая должна быть завершена к 2024 году и составит 10% от конечного массива.