|
Обнаружен рекордный сигнал из ранней Вселенной
|
|
|
|
Астрономы, использующие радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке, обнаружили самый удаленный из когда-либо зарегистрированных гидроксильных мегамазеров, открыв новый рубеж радиоастрономии. Гидроксильный мегамазер — это естественный космический лазер, и этот находится в бурно сливающейся галактике на расстоянии более 8 миллиардов световых лет.
|
|
|
|
Мы поговорили с астрономами, Тато Манамела, научным сотрудником Университета Претории, и Роджером Дином, директором Межуниверситетского института интенсивной обработки данных в астрономии и профессором университетов Кейптауна и Претории, об их исследовании.
|
|
|
|
Ваше открытие было названо «новым рубежем» в космических исследованиях. Почему это так необычно?
|
|
|
|
Это открытие необычно из-за рекордного расстояния, на котором мы его обнаружили, — более восьми миллиардов световых лет. Это помещает его глубоко в раннюю Вселенную. Это означает, что мы видим галактику не такой, какой она существует сегодня. Мы видим её такой, какой она была 8 миллиардов лет назад. Поскольку Большой взрыв произошёл около 13,8 миллиардов лет назад, мы наблюдаем «детскую» версию Вселенной. На той стадии, когда мазерный сигнал передавался родительской галактикой, галактики были гораздо более «хаотичными», они сталкивались чаще и были гораздо активнее, чем стабильные, зрелые галактики, которые мы видим сегодня поблизости.
|
|
|
|
|
|
|
Это даёт нам редкую возможность увидеть взаимодействие галактик и экстремальные условия звездообразования, когда космос был менее чем вдвое моложе своего нынешнего возраста. Представьте свет как письмо в почте. Если друг присылает письмо из-за границы, к тому времени, как вы его прочтёте, новость уже устарела. В космосе свет — это письмо. «Новости» из этой галактики дошли до нас только через 8 миллиардов лет. Мы видим галактику как «детскую», хотя в своё время она уже выросла или изменилась.
|
|
|
|
Мы обнаружили этот мегамазер, мощность которого в миллионы раз превышает мощность типичного галактического мазера. И мегамазеры, и гигамазеры являются космическими радиолазерами. В то время как мегамазер в миллион раз ярче стандартного мазера, обнаруженного в локальной Вселенной, гигамазер в миллиард раз ярче, что делает его в 1000 раз мощнее мегамазера.
|
|
|
|
Всего за пять часов наблюдений мы обнаружили сигнал, для обнаружения которого обычно требуются сотни часов наблюдений, учитывая его расстояние и редкость. Но гравитационное линзирование усилило сигнал настолько, что мы смогли его обнаружить. Кроме того, поскольку мы нацеливались на нейтральный водород, широкая полоса пропускания MeerKAT позволила неожиданно обнаружить сигнал мегамазера в тех же данных.
|
|
|
|
Это быстрое обнаружение предполагает, что будущие исследования с помощью MeerKAT и будущей обсерватории SKA могут выявить гораздо больше подобных далеких, экстремальных объектов. Способность этого обнаружить так быстро доказывает, что у нас наконец-то есть технология для наблюдения слабых сигналов из очень далекого прошлого. Это предвкушение того, чего может достичь будущий проект Square Kilometer Array (SKA), уникальный, единственный в своем роде международный мегапроект.
|
|
|
|
Однако в США планируется и проектируется строительство дополняющего его комплекса следующего поколения, получившего название Next-generation Very Large Array (ngVLA). Обсерватория SKA (SKA-Low и SKA-Mid) фокусируется на низких и средних радиочастотах. ngVLA будет работать на гораздо более высоких частотах. Вместе они составят два основных столпа глобальной радиоастрономии следующего поколения. Это открытие дает астрономам новый способ изучения эволюции галактик в ранней Вселенной.
|
|
|
|
Какие технологии или возможности сделали это возможным?
|
|
|
|
Открытие стало возможным благодаря чувствительности и широкому частотному диапазону радиотелескопа MeerKAT. Его способность обнаруживать слабые сигналы в широком диапазоне частот позволяет нам искать спектральные линии в больших космических объемах. Спектральная линия — это космический химический отпечаток. Каждый атом или молекула излучает электромагнитные волны на определенных частотах. Обнаружение этих частот позволяет астрономам определить состав газа.
|
|
|
|
В данном случае широкая полоса пропускания MeerKAT позволила нам обнаружить как линию гидроксила, так и поглощение нейтрального водорода за одно наблюдение. Ранее, с использованием более старых технологий, для этого потребовалось бы два отдельных наблюдения.
|
|
|
|
Не менее важны достижения в обработке данных и вычислительной технике. Данные обрабатывались с использованием высокопроизводительных вычислительных ресурсов в Межуниверситетском институте интенсивной обработки данных в астрономии (IDIA).
|
|
|
|
Обработка таких огромных объемов данных подобна попытке напиться из пожарного шланга. MeerKAT собирает гигабайты информации каждую секунду, в результате чего получаются файлы, слишком большие для обработки стандартным компьютером. Чтобы обнаружить сигнал, датируемый 8 миллиардами лет назад, который в миллионы раз слабее сигнала сотового телефона, нам необходимо использовать надежные калибровочные конвейеры. Они действуют как автоматизированная высокотехнологичная автомойка, удаляя цифровой шум и повышая резкость фокуса телескопа. Этот процесс «очистки» требует триллионов математических вычислений, что обуславливает использование суперкомпьютеров, работающих днями, чтобы преобразовать необработанные радиопомехи в ясное научное открытие.
|
|
|
|
Гравитационное линзирование также сыграло ключевую роль. Массивный объект на переднем плане, например, звезда или галактика, усиливал сигнал от далекой галактики, фактически выступая в качестве естественного телескопа и повышая нашу способность его обнаружить.
|
|
|
|
Как ваши открытия меняют наше понимание Вселенной?
|
|
|
|
Редко когда одна астрофизическая система, совокупность небесных объектов, в данном случае две галактики, образующие линзовую систему, может изменить наше понимание Вселенной. Обычно для этого нам нужны большие выборки. Но сочетание рекордного расстояния и скорости открытия впечатляет. Это позволяет предположить, что систематические поиски, подобные тем, что проводятся в рамках глубоких обзоров MeerKAT, могут превратить эти некогда редкие находки в мощные инструменты исследования экстремального, но сильно замаскированного звездообразования в далекой Вселенной. В результате этого наблюдения обсерватория SKA и другие будущие телескопы будут искать не просто то же самое, а скрытую историю.
|
|
|
|
Гидроксильные мегамазеры обычно связаны со слияниями галактик. Мы ожидаем, что некоторые слияния галактик будут содержать пары сверхмассивных черных дыр. Почти каждая крупная галактика имеет сверхмассивную черную дыру в своем центре. Когда галактики сливаются, сверхмассивные черные дыры в их центрах могут в конечном итоге сближаться по спирали, создавая гравитационные волны, рябь в пространстве-времени. Обнаружение подобных систем помогает астрономам изучать важный этап эволюции галактик и среду, в которой происходят эти экстремальные события.
|
|
|
|
Используя мегамазеры для поиска этих пар, мы можем изучать заключительные этапы формирования самых больших объектов во Вселенной. Это важная веха в жизни галактики. Обнаружив эти галактики сейчас, мы застали их на ключевом этапе эволюции, на последнем этапе перед столкновением и выбросом мощного всплеска энергии, который смогут зафиксировать детекторы следующего поколения.
|
|
|
|
Сила сигнала гидроксила, обнаруженного MeerKAT после столь короткого времени наблюдения, подразумевает, что астрономы смогут обнаружить большое количество таких систем на протяжении большей части космического времени.
|
|
|
|
Что говорит это открытие о месте Южной Африки в радиоастрономии, требующей больших объемов данных?
|
|
|
|
Это открытие подчеркивает ведущую роль Южной Африки в радиоастрономии. Такие установки, как MeerKAT, в сочетании с платформами, требующими больших объемов данных, такими как IDIA, обеспечивают возможности мирового класса как для наблюдений, так и для анализа. Это также демонстрирует высокий уровень местной экспертизы в обработке больших и сложных наборов данных.
|
|
|
|
Подобные открытия основаны на передовой обработке данных, извлечении сигналов и научной интерпретации. Все это является ключевыми преимуществами южноафриканского исследовательского сообщества. Переходя от использования современных разведывательных телескопов, таких как MeerKAT, к строительству и эксплуатации крупнейшей в мире радиообсерватории SKAO, Южная Африка имеет все возможности оставаться центром астрономии, требующей больших объемов данных. Подобные результаты подтверждают роль страны в формировании будущего этой области.
|
|
|
|
Источник
|
