Астрономы с помощью радиотелескопа MeerKAT впервые уверенно выделили сигнал нейтрального водорода, пришедший к нам из эпохи, когда Вселенной было на несколько миллиардов лет меньше, чем сейчас. Обнаружение открывает путь к новому способу картографирования крупномасштабной структуры космоса — так называемому картированию интенсивности водорода, рассказывает Space.com.

Как «видят» далёкий водород

Нейтральный водород излучает слабый радиосигнал на длине волны 21 сантиметр. По мере расширения Вселенной этот сигнал растягивается — происходит красное смещение. По величине смещения можно определить, сколько времени шло излучение и к какой эпохе относится газ, который его испустил.

Метод картирования интенсивности водорода позволяет не искать каждую галактику по отдельности, а измерять суммарный сигнал от водорода на огромных объёмах пространства. Так учёные получают трёхмерную картину распределения материи во Вселенной. До сих пор такие исследования обычно сочетали радиоданные с обзорами галактик в видимом свете. Новая работа показывает, что карту можно строить, опираясь прежде всего на радионаблюдения MeerKAT.

Что удалось сделать

Команда проанализировала около 96 часов наблюдений южноафриканского массива MeerKAT, состоящего из 64 антенн. Удалось выделить сигнал водорода, который шёл к нам 4–5 миллиардов лет. Протяжённость структур, в которых этот газ распределён, достигает многих миллионов световых лет — масштаба, сравнимого с расстоянием между Млечным Путём и галактикой Андромеды.

«Это очень важный рубеж, — отметил руководитель группы Сурабх Пол. — Картирование интенсивности водорода давно считалось перспективным способом эффективно наносить на карту Вселенную, но сигнал крайне слаб и его трудно отделить от фонового излучения, помех от земных источников и инструментальных эффектов. Прямое обнаружение с помощью MeerKAT показывает, что метод становится практическим инструментом космологии».

Зачем это нужно

Нейтральный водород — один из ключевых элементов для понимания того, как формируются и эволюционируют галактики. Измеряя его коллективный сигнал, астрономы могут изучать и эволюцию галактик, и распределение материи в целом, не тратя время на детектирование каждого отдельного объекта.

Успех особенно обнадёживает в свете строительства обсерватории Square Kilometre Array (SKAO) в Австралии и Южной Африке. MeerKAT служит одним из предшественников этого гигантского инструмента, и то, что слабый сигнал удалось извлечь даже из данных 2018 года — периода, когда массив только начинал научную работу, — говорит о большом потенциале уже накопленных наблюдений.

В дальнейшем команда планирует обрабатывать более обширные и длительные наблюдения MeerKAT, чтобы строить более детальные карты водорода и лучше понимать, как крупнейшие структуры космоса складывались на протяжении миллиардов лет.

Вкратце

С помощью радиотелескопа MeerKAT астрономы выделили сигнал нейтрального водорода возрастом 4–5 миллиардов лет и продемонстрировали возможность картирования крупномасштабной структуры Вселенной методом интенсивности на длине волны 21 см. Метод позволяет измерять суммарное излучение газа на огромных объёмах пространства без поиска каждой галактики по отдельности. Результат важен для будущих обзоров с участием Square Kilometre Array и для изучения эволюции галактик и распределения материи.