Наука29 януари 2023

Радиосигнал от древна галактика пътувал до Земята 8,8 милиарда години

Индийски телескоп го е уловил благодарение на гравитационна леща

Снимка: Unsplash

Астрономи са засекли радиосигнал от най-далечната галактика досега. Сигналът беше открит при дължина на вълната, известна като „21-сантиметрова линия" или „водородна линия", която се излъчва от неутрални водородни атоми. Не, не са извънземни, спокойно. Откриването на водородната линия от толкова далечна галактика от Giant Metrewave Radio Telescope в Индия означава, че астрономите могат вече да изследват формирането на най-ранните звезди и галактики.

Сигналът от звездообразуващата галактика SDSSJ0826+5630 е излъчен, когато нашата галактика, която сега е на 13,8 милиарда години, е била само на 4,9 милиарда години. Сигналът позволи на астрономите да измерят съдържанието на газ в галактиката и да установят, че нейната маса е двойно по-голяма от тази на видимите звезди в ранната галактика.

Галактиките излъчват електромагнитно лъчение или светлина в широк диапазон от дължини на радиовълните, но досега радиовълни с дължина на вълната от 21 см са били наблюдавани само от близки и следователно по-нови галактически източници.

„Това е еквивалентно на поглед назад във времето отпреди 8,8 милиарда години“, казва космологът Арнаб Чакраборти за пробива в катедрата по физика на университета Макгил. „Една галактика излъчва различни видове радиосигнали. Досега беше възможно да се улови този конкретен сигнал само от галактика наблизо, ограничавайки нашите знания само до тези, които са по-близо до Земята.“

Трудността да се уловят сигналите с тези дължини на вълните от по-далечни галактики се дължи на факта, че докато електромагнитното лъчение от ранните галактики преминава на огромни разстояния от Земята, разширяването на Вселената разтяга дължината на вълната и води до намаляване на нейната енергия. Това означава, че телескопите тук на Земята се нуждаят от естествен тласък, за да хванат дълговълнови нискоенергийни радиовълни като сигнала на водородната линия.

Екипът обаче се справил като използвал явление, предсказано от общата теория на относителността, и по-точно от геометричната теория на гравитацията на Айнщайн, предложена за първи път през 1915 г. Общата теория на относителността предполага, че обекти с огромна маса изкривяват пространство-времето. Това означава, че изключително масивен обект като черна дупка или галактика причинява екстремна кривина в пространство-времето.

Това изкривяване на пространство-времето кара светлината да се огъва, както и да преминава покрай обекти с огромна маса. Феномен, известен като гравитационна леща, възниква, когато обект на преден план или леща с огромна маса е локализирана между наблюдател и фонов източник. Това кара светлината от фоновия обект да се извива и да поема по различни пътища през и около лещата. Това не само може да накара един обект да се появи в множество точки в небето, но може и да увеличи тази светлина.

В случая с SDSSJ0826+5630, сигналът на радиовълните беше увеличен от друга галактика между ранната галактика, действаща като тяло на лещи. „Това ефективно води до увеличение на сигнала с коефициент 30, което позволява на телескопа да го улови“, казва доцент Нирупам Рой от катедрата по физика в Индийския научен институт.

Астрономите са категорични, че откриването на сигнала на водородната линия от тази ранна галактика им дава възможност да наблюдават радиосигнали от други далечни галактики през ранната епоха на Вселената.

Изследването на екипа е описано подробно в документ, публикуван в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Източник