Аннотация:
Международная исследовательская группа астрономов недавно использовала гигантский массив радиотелескопов, чтобы успешно обнаружить чрезвычайно слабые радиосигналы нейтральных атомов водорода из далекой галактики, находящейся на расстоянии миллиардов световых лет. Этот результат обнаружения побил предыдущий рекорд по самому большому расстоянию подобных наблюдений и предоставил астрономам новое ключевое окно наблюдения, позволяющее напрямую отслеживать запасы газового топлива на ранних стадиях формирования ранних звезд и галактик во Вселенной.
Нейтральный водород (атомарный водород) является наиболее распространенным основным элементом во Вселенной, а также незаменимым основным «топливом» для рождения звезд, роста и эволюции галактик. В радиодиапазоне нейтральные атомы водорода излучают характерное электромагнитное излучение с длиной волны около 21 см (знаменитая линия водорода длиной 21 см). Однако вероятность спинового перехода одного атома водорода чрезвычайно мала, а одиночный слабый сигнал чрезвычайно сильно затухает при пересечении длинного глубокого космоса Вселенной. Поэтому в обычных условиях наблюдения существующие радиотелескопы вряд ли смогут обнаружить нейтральное водородное излучение одной галактики, находящейся в миллиардах световых лет от Земли.
Чтобы преодолеть этот предел физических наблюдений, научно-исследовательская группа ловко позаимствовала у Вселенной собственное «суперувеличительное стекло» — эффект гравитационной линзы. Когда слабые радиоволны, излучаемые целевой галактикой в глубоком космосе, проходят мимо другой массивной галактики или скопления галактик перед лучом зрения на пути к Земле, огромное гравитационное поле переднего объекта будет изгибать и сводить световые и радиосигналы задней галактики, как выпуклая линза, тем самым значительно усиливая первоначально чрезвычайно тусклые характерные спектральные линии нейтрального водорода в несколько раз, так что они, наконец, могут быть четко уловлены высокочувствительной радиоприемной системой на Земле.
Точно рассчитав красное смещение обнаруженной 21-сантиметровой спектральной линии, исследователи не только определили конкретный временной интервал галактики в десятках миллиардов лет космической эволюции, но и дополнительно рассчитали общую массу нейтрального газообразного водорода, содержащегося в галактике. Анализ данных показывает, что во время золотого века Вселенной, миллиарды лет назад, эта галактика имела гораздо больший запас нейтрального газообразного водорода, чем ее современные соседние галактики того же размера, что напрямую подтверждает физический вывод о том, что активность звездообразования была более интенсивной в ранней Вселенной.
Астрономы отметили, что это знаковое наблюдение не только подтвердило техническую возможность сочетания эффекта гравитационного линзирования для преодоления верхнего предела дальности обнаружения радиотелескопов, но также предоставило ключевую методологическую проверку и научную основу для сверхбольшого радиоастрономического объекта нового поколения, Радиотелескопа с решеткой квадратного километра (SKA), который будет полностью работоспособен в ближайшие несколько лет. Ожидается, что в будущем будет систематически раскрыто, как крупные галактики ранней Вселенной аккумулировали газ и вызвали волну рождения звезд, которая длилась сотни миллионов лет.
Комментарии