Sygnał sprzed 8 miliardów lat dociera do radioteleskop w Południowej Afryce
Gdzieś w głębi południowej półkuli radioteleskop zarejestrował zagadkowy sygnał z odległych krańców wszechświata, który wprawił astronomów w zdumienie. To naturalne rozbłyski radiowe, które powstały, gdy wszechświat był jeszcze młody — i dopiero po miliardach lat podróży dotarły na Ziemię. Wyjątkowy zbieg kosmicznych okoliczności sprawił, że sygnał okazał się tak silny, iż pobił istniejące rekordy pomiarowe.
Głównym bohaterem tej historii jest MeerKAT — potężny radioteleskop złożony z 64 anten talerzykowych, zlokalizowany na pustyni Karoo w Południowej Afryce. W kwietniu 2025 roku instrument zarejestrował sygnał radiowy pochodzący z dwóch odległych galaktyk, które zderzają się ze sobą.
Docieranie do nas światła i fal radiowych z tak ogromnych odległości samo w sobie nie jest rzadkością. To, co sprawia, że ten pomiar jest absolutnie wyjątkowy, to połączenie dwóch czynników: odległości przekraczającej 8 miliardów lat świetlnych oraz niespotykanej intensywności sygnału. Zgodnie z pierwszymi analizami jest to najpotężniejszy sygnał tego rodzaju, jaki kiedykolwiek zmierzono.
Sygnał radiowy, który powstał, gdy wszechświat miał zaledwie około 5 miliardów lat, dotarł do nas dopiero teraz.
Źródło nosi techniczną nazwę HATLAS J142935.3-002836 — układ galaktyk znajdujący się w intensywnej fazie fuzji. W normalnych warunkach fale radiowe stamtąd pochodzące byłyby zbyt słabe, by przebić się ponad poziom szumów, zanim do nas dotrą. A jednak MeerKAT uchwycił je z niezwykłą precyzją.
Kosmiczna soczewka działa jak gigantyczny naturalny wzmacniacz
Wyjaśnienie kryje się w fascynującym zjawisku fizycznym: soczewkowaniu grawitacyjnym. W połowie drogi między odległym źródłem a Ziemią znajduje się inna, masywna galaktyka. Jej ogromna masa zakrzywia otaczającą przestrzeń, przez co fale radiowe przelatujące obok niej uginają się i zostają skupione niczym w ognisku.
Proces ten przypomina działanie szkła powiększającego skupiającego promienie słoneczne. Tyle że zamiast szkła mamy tu grawitację, a zamiast widzialnego światła — promieniowanie radiowe. Dzięki tej kosmicznej soczewce sygnał dociera do nas wielokrotnie silniejszy, niż gdyby nie było tej pośredniej masy na jego drodze.
- Źródło: zderzające się galaktyki w odległości 8 miliardów lat świetlnych
- Soczewka: masywna galaktyka w połowie drogi sygnału
- Odbiornik: radioteleskop MeerKAT w Południowej Afryce
Zespół pod kierownictwem Marcina Głowackiego z Uniwersytetu Pretorii przeszukał dane z programu MeerKAT Absorption Line Survey. W tym ogromnym archiwum danych badacze rozpoznali charakterystyczny ślad ekstremalnie wzmocnionego sygnału radiowego — efekt działania właśnie takiej soczewki grawitacyjnej.
Megamaser, który w rzeczywistości jest „gigamaserem"
Zarejestrowany sygnał pochodzi od cząsteczek hydroksylowych (OH) znajdujących się w zderzających się galaktykach. Podczas kolizji galaktycznej ogromne obłoki gazu wdzierają się w siebie nawzajem, wywołując fale uderzeniowe, wzrost gęstości i silne pola promieniowania. Cząsteczki hydroksylowe pobudzone przez to zamieszanie emitują spójne promieniowanie radiowe.
Zjawisko to przypomina pod pewnymi względami działanie lasera — tyle że przy długościach fal radiowych i w skali galaktycznej. W astronomii tak ekstremalnie silne źródło emisji radiowej nosi nazwę megamasera.
W tym przypadku badacze uznali jednak, że słowo „mega" jest zbyt skromne. Jasność zmierzonego promieniowania hydroksylowego jest tak wysoka, że zespół zaproponował wprowadzenie nowej kategorii: gigamaser. Podkreśla to, że źródło jest o rząd wielkości potężniejsze od wszystkiego, co dotychczas znano w tej klasie.
Intensywność tego sygnału hydroksylowego bije wszystkie dotychczas znane rekordy i zdaniem badaczy zasługuje na własną kategorię.
Kolizja w układzie HATLAS J142935 generuje ekstremalnie wysokie tempo powstawania gwiazd — szacuje się, że setki nowych gwiazd rocznie. Dla porównania: nasza Droga Mleczna produkuje zaledwie jedną do dwóch mas słonecznych rocznie. Ta gwiazdotwórcza eksplozja napędza proces maserowy, ponieważ wciąż nowe obłoki gazu trafiają w odpowiednie warunki.
Co astronomowie mogą wyczytać z takiego sygnału radiowego?
Szczegółowa analiza struktury sygnału pozwala astronomom określić, jak gaz rozkłada się w zderzających się galaktykach i wokół nich. Różne prędkości gazu powodują subtelne przesunięcia częstotliwości, tworząc coś w rodzaju mapy prędkości.
W ten sposób badacze mogą uzyskać wiedzę o:
- tym, jak gaz przemieszcza się podczas kolizji galaktycznych
- miejscach, w których rodzą się nowe gwiazdy
- ilości gazu skupiającego się w jądrze łączącego się układu
- tempie, w jakim materia trafia w pobliże potencjalnej supermasywnej czarnej dziury
Te dane pomagają budować modele wzrostu galaktyk na przestrzeni kosmicznego czasu. Galaktyki nie rosną spokojnie i równomiernie — fuzje, zderzenia i łączenia odgrywają w tym procesie ogromną rolę. Sygnały radiowe takie jak ten dają unikalny wgląd w te burzliwe fazy.
MeerKAT jako zapowiedź gigantycznego projektu SKA
MeerKAT to dopiero przedsmak tego, co radioastronomia pokaże w nadchodzących latach. Teleskop pełni rolę poprzednika Square Kilometre Array (SKA) — międzynarodowego projektu, w którym tysiące anten w Południowej Afryce i Australii zostaną połączone w jeden wirtualny teleskop.
Gdy SKA wejdzie w pierwszą fazę operacyjną około 2028 roku, czułość na słabe sygnały radiowe wzrośnie dziesięciokrotnie w porównaniu z MeerKAT. Oznacza to, że źródła dziś ledwo wyłaniające się z szumu staną się znacznie lepiej widoczne, a wiele dotąd nieznanych obiektów pojawi się w polu obserwacji.
| Instrument | Lokalizacja | Liczba anten | Względna czułość |
|---|---|---|---|
| MeerKAT | Południowa Afryka (Karoo) | 64 | 1× (punkt odniesienia) |
| SKA (pierwsza faza) | Południowa Afryka i Australia | Tysiące | około 10× MeerKAT |
Astronomowie planują systematyczne mapowanie obszarów, gdzie masywne gromady galaktyk silnie zakrzywiają światło i fale radiowe. Takie gromady tworzą swego rodzaju fizyczną sieć naturalnych soczewek rozsianych po wszechświecie. Ciągłe monitorowanie tych stref daje nadzieję na odkrycie długiej listy podobnych mega- i gigamaserów.
Nowe możliwości badania wczesnego wszechświata
Połączenie soczewkowania grawitacyjnego i ultrakrótkich radioteleskopów oferuje sprytne rozwiązanie: wszechświat używa własnej masy, by wzmacniać dla nas najsłabsze sygnały. Dzięki temu możemy badać zjawiska, które w innym przypadku pozostałyby niewidoczne — szczególnie z okresu, gdy galaktyki rosły w zawrotnym tempie i często ze sobą zderzały.
Więcej podobnych sygnałów pozwoli badaczom lepiej zrozumieć, jak szybko gwiazdy powstawały w przeszłości, ile gazu było dostępnego i jak często dochodziło do wielkich fuzji galaktyk. Te informacje rzucają światło na wzrost supermasywnych czarnych dziur w jądrach galaktyk oraz na chemiczne wzbogacanie gazu międzygwiazdowego.
Co to oznacza dla zwykłego miłośnika gwiazd?
Dla kogoś, kto od czasu do czasu spogląda przez amatorski teleskop na Jowisza czy Księżyc, gigamasery rozgrywają się w niewyobrażalnej skali. A jednak dotykają tej samej ciekawości: skąd pochodzą gwiazdy, planety i ostatecznie my sami? Sygnały radiowe sprzed miliardów lat stanowią rodzaj kosmicznego archiwum, w którym stare rozdziały historii wszechświata są wciąż czytelne.
Rok świetlny to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu roku. Przy 8 miliardach lat świetlnych mamy do czynienia z migawką wszechświata, który wyglądał zupełnie inaczej niż dzisiaj. A soczewka grawitacyjna pokazuje, że masa nie tylko przyciąga — może też zakrzywiać ścieżki światła i fal radiowych, podobnie jak szklanka wody optycznie ugina zanurzoną w niej słomkę.
W nadchodzących latach MeerKAT, a potem anteny SKA, będą coraz częściej wychwytywać tego rodzaju subtelne sygnały radiowe. Każdy nowy pomiar układa kolejny element kosmicznej układanki i przypomina nam, jak dynamiczna i gwałtowna była historia wszechświata w rzeczywistości.
