Радиотелескоп MeerKAT, состоящий из 64 антенн в южноафриканской провинции Северный Кейп, впервые напрямую зафиксировал крайне слабый радиосигнал от водорода, находящегося в миллиардах световых лет от Земли. В исследовании участвовали астрономы Манчестерского университета, Университета Западного Кейпа, Эдинбургского университета, Южноафриканской радиоастрономической обсерватории и Университета Макгилла. Результаты опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters, сообщил сайт Universe Today.
Учёные обнаружили излучение нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр при красных смещениях примерно 0,32 и 0,44. Эти значения соответствуют расстояниям около 3,67 и 4,76 млрд световых лет. Зафиксированный сигнал отражает состояние водорода в эпоху, когда возраст Вселенной составлял примерно 10 и 9 млрд лет соответственно.
Для наблюдений исследователи использовали 96 часов архивных данных MeerKAT, собранных в 2018 году. Сигналы преодолели путь до Земли примерно за четыре и пять миллиардов лет. Это стало первым случаем прямого обнаружения космического водорода с помощью одной обсерватории, без объединения радио- и оптических данных нескольких телескопов.
Астрономы применили метод картирования интенсивности водорода — Hydrogen Intensity Mapping (картирование интенсивности водорода). Он позволяет измерять совокупное радиоизлучение нейтрального водорода сразу во множестве галактик, включая объекты, которые невозможно подробно рассмотреть оптическими телескопами. По мере расширения Вселенной длина волны сигнала увеличивается, благодаря чему учёные могут исследовать разные этапы космической истории.
Главный автор работы, научный сотрудник Манчестерского университета Сурав Пол, назвал результат важным этапом для космологии. По его словам, сигнал крайне слаб и его трудно отделить от излучения переднего плана, радиопомех и эффектов работы аппаратуры, однако наблюдение с MeerKAT показывает, что метод становится практическим инструментом исследований Вселенной. Соавтор исследования Лора Вольц отметила, что обнаружение сигнала в данных, которые изначально не предназначались для такого анализа, подтверждает большую научную ценность архива телескопа.
Полученные результаты открывают возможности для более эффективного изучения формирования и эволюции галактик. В дальнейшем метод планируют применять в проектах обсерватории Square Kilometer Array Observatory (обсерватория «Квадратный километр»), которая объединит данные MeerKAT с наблюдениями австралийской радиообсерватории Inyarrimanha Ilgari Bundara. Новые телескопы позволят охватывать большие участки неба и исследовать распределение водорода, тёмной материи и тёмной энергии в космической сети.