Астрономы впервые напрямую обнаружили водородный сигнал из галактик миллиарды световых лет от Земли

Учёные под руководством исследователей из Университета Манчестера и Университета Западного Мыса использовали радиотелескоп MeerKAT для измерения излучений нейтрального водорода из периода, когда Вселенная была на несколько миллиардов лет моложе, чем сейчас. Результаты опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Как работает метод водородного картирования

Нейтральный водород испускает очень слабое радиоизлучение, известное как линия 21 сантиметра. Из-за расширения Вселенной этот сигнал растягивается на более длинные волны по мере прохождения через космос. Измеряя это смещение, астрономы могут изучать водород из разных эпох космической истории.

Метод водородного картирования отличается от традиционных обзоров галактик. Вместо попыток идентифицировать и измерить каждую галактику отдельно, астрономы обнаруживают объединённое радиосияние, производимое водородом в большом количестве галактик, которые невозможно разрешить индивидуально. Это позволяет исследовать огромные объёмы пространства и восстановить трёхмерное представление о распределении материи во Вселенной.

Прямое обнаружение без дополнительных данных

Предыдущие надёжные измерения водорода на таких расстояниях обычно требовали от астрономов комбинирования наблюдений радиотелескопа с данными оптических обзоров галактик. В этом исследовании учёные смогли напрямую идентифицировать сигнал водородного картирования, используя только наблюдения MeerKAT.

Данные исследования

Исследователи проанализировали примерно 96 часов наблюдений MeerKAT и обнаружили сигнал из двух отдельных периодов космической истории. Излучения путешествовали примерно четыре-пять миллиардов лет, прежде чем достичь Земли. Измерения позволили команде проследить водород на расстояниях в несколько миллионов световых лет — примерно сравнимо с расстоянием между Млечным Путём и соседней галактикой Андромеда.

Сложность выделения сигнала

Выделение такого слабого сигнала потребовало от исследователей тщательного учёта множества различных источников помех, которые могли бы исказить измерения. Это включало фоновое излучение, радиочастотные помехи, создаваемые человеком, и инструментальные эффекты. Примечательно, что данные, использованные в исследовании, были собраны в 2018 году, когда MeerKAT только начал научные операции.

Перспективы для будущих исследований

Успешное обнаружение открывает новые возможности для измерения нейтрального водорода на космологических расстояниях и исследования того, как галактики формировались и изменялись на протяжении истории Вселенной. Водородное картирование ожидается стать важным научным направлением для будущей обсерватории Square Kilometre Array Observatory, для которой MeerKAT служит прототипом.

Будущие исследования, наблюдающие большие участки неба в течение более длительных периодов, должны позволить астрономам картировать нейтральный водород с ещё большей точностью. Такие наблюдения могут помочь исследователям понять, как развивались галактики, определить влияние тёмной материи на космическую сеть и реконструировать, как Вселенная изменялась на протяжении миллиардов лет.