Радиотелескоп MeerKAT, состоящий из 64 тарельчатых антенн в южноафриканской провинции Северный Кейп, изначально создавался для исследования космического водорода, процессов формирования галактик и переменных радиоисточников. Этот инструмент выступает предшественником более масштабного проекта Square Kilometer Array (квадратный километровый массив), а его задача — составить карту радионеба для будущих наблюдательных кампаний с участием антенн в ЮАР и Австралии.
Группа астрономов из Манчестерского университета и Университета Западного Кейпа объявила о прямой регистрации чрезвычайно слабого радиосигнала от водорода, находящегося на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Как сообщает Universe Today, это достижение демонстрирует возможности метода Hydrogen Intensity Mapping (картирование интенсивности водорода), который позволяет изучать огромные области космоса с высокой эффективностью.
В работе участвовали специалисты из Центра астрофизики Джодрелл Бэнк, Университета Западного Кейпа, Эдинбургского университета, Южноафриканской радиоастрономической обсерватории и Университета Макгилла в Монреале. Ведущим автором статьи, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, выступил научный сотрудник Манчестерского университета Сурабх Пол. Ученым удалось зафиксировать слабый сигнал нейтрального водорода на красных смещениях около 0,32 и 0,44, что соответствует расстояниям в 3,67 и 4,76 миллиарда световых лет.
Метод картирования интенсивности водорода основан на улавливании излучения нейтрального водорода, которое проявляется в виде слабого сигнала на длине волны 21 сантиметр. Из-за расширения Вселенной длина волны этого сигнала увеличивается, что дает астрономам возможность исследовать разные этапы космической истории. Вместо регистрации отдельных источников специалисты измеряют суммарное радиоизлучение множества галактик, включая те, что не видны в оптические телескопы.
Команда проанализировала 96 часов данных, собранных MeerKAT в 2018 году, и обнаружила два сигнала, которые шли до Земли около четырех и пяти миллиардов лет. Это первый случай, когда астрономы напрямую зафиксировали космический водород с помощью одной обсерватории, без объединения радио- и оптических данных с нескольких инструментов. По словам Сурабха Пола, обнаружение сигнала показывает, что метод становится практическим инструментом для космологических исследований, хотя сигнал крайне слаб и его трудно отделить от помех.
Примечательно, что данные были получены почти десять лет назад, когда MeerKAT только начинал научную работу, что указывает на наличие ценных сигналов в архивных материалах обсерватории. Соавтор исследования профессор Лора Вольц отметила, что извлечение сигнала из наблюдений, не предназначенных для таких целей, демонстрирует огромную научную ценность данных MeerKAT. Работа открывает новые перспективы для изучения формирования галактик и подготовит почву для будущих наблюдений с использованием обсерватории SKAO, которая объединит усилия антенн в ЮАР и Австралии.