MeerKAT po raz pierwszy samodzielnie wychwycił szept kosmicznego wodoru
Astronomowie z Uniwersytetu Manchester i Uniwersytetu Western Cape w Republice Południowej Afryki bezpośrednio wykryli niezwykle słaby sygnał radiowy pochodzący od wodoru oddalonego o miliardy lat świetlnych. To pierwszy taki pomiar wykonany przy użyciu jednego instrumentu — południowoafrykańskiego radioteleskopu MeerKAT — bez wspierania się danymi optycznymi. Wyniki, opublikowane w The Astrophysical Journal Letters, otwierają nową, znacznie bardziej wydajną drogę do mapowania wielkoskalowej struktury Wszechświata.
Cichy głos wodoru
Neutralny wodór, najpospolitszy pierwiastek we Wszechświecie, emituje charakterystyczną falę radiową o długości 21 centymetrów. To sygnał niezwykle słaby, ale wszechobecny — emitują go zarówno pojedyncze obłoki gazu, jak i całe galaktyki, także te zbyt odległe lub zbyt słabe, by dało się je dostrzec w świetle widzialnym.
W miarę jak Wszechświat się rozszerza, ta fala ulega rozciągnięciu, czyli przesunięciu ku czerwieni. Im większe przesunięcie, tym dawniejszą epokę kosmiczną obserwujemy. Na tej zasadzie opiera się technika zwana mapowaniem natężenia wodoru (ang. hydrogen intensity mapping, HIM). Zamiast żmudnie identyfikować każdą galaktykę z osobna, radioteleskop rejestruje łączną emisję ogromnej liczby galaktyk, których nie da się rozróżnić pojedynczo. Dzięki temu można w rozsądnym czasie zbadać znacznie większe fragmenty przestrzeni niż tradycyjnymi przeglądami galaktyk.
Problem w tym, że sygnał wodoru jest dużo słabszy niż promieniowanie pierwszego planu — jasnych galaktyk radiowych na linii obserwacji, sztucznych zakłóceń radiowych czy niedoskonałości samego instrumentu. Dotąd wiarygodne wykrycia na dużych odległościach wymagały łączenia danych radiowych z niezależnymi przeglądami optycznymi, co utrudniało prowadzenie takich badań na dużą skalę.
Dwa echa sprzed miliardów lat
Zespół kierowany przez dr. Sourabha Paula przeanalizował około 96 godzin obserwacji zebranych przez MeerKAT, sieć 64 anten w prowincji Przylądek Północny (Northern Cape) w RPA. Co ciekawe, dane pochodziły jeszcze z 2018 roku, gdy teleskop dopiero rozpoczynał pracę naukową.
W tym archiwalnym materiale badacze wyodrębnili sygnał wodoru przy przesunięciach ku czerwieni rzędu z≈0,32 oraz z≈0,44. Odpowiada to odległościom około 3,67 i 4,76 miliarda lat świetlnych, a więc epokom, gdy Wszechświat liczył sobie odpowiednio około 10 i 9 miliardów lat — wciąż znacznie młodszy niż obecne 13,8 miliarda lat. Pomiar objął struktury o rozmiarach rzędu kilku milionów lat świetlnych, porównywalnych z odległością dzielącą naszą Drogę Mleczną od sąsiedniej galaktyki Andromedy.
Kluczowe jest to, że tym razem sygnał wyłuskano wyłącznie z danych radiowych MeerKAT, bez wspomagania się przeglądami optycznymi. Zespołowi udało się skutecznie odseparować słaby szept wodoru od znacznie głośniejszych źródeł zakłócających — co, jak podkreślają autorzy, wymagało bardzo starannej analizy wielu źródeł zanieczyszczeń sygnału.
Od przypadku do metody
Znaczenie tego wyniku wykracza poza samo potwierdzenie techniczne. Dotychczas mapowanie natężenia wodoru było traktowane jako obiecująca, lecz trudna do zrealizowania metoda. Teraz, jak zaznaczają badacze z Jodrell Bank Centre for Astrophysics, okazuje się praktycznym narzędziem kosmologii — możliwym do zastosowania nawet w danych, które pierwotnie nie były zaplanowane z myślą o tego typu pomiarach.
To istotne, bo oznacza, że w archiwach MeerKAT może wciąż kryć się wiele niewykorzystanych sygnałów czekających na odkrycie. Badacze z zespołu — obok naukowców z Manchesteru i Western Cape także przedstawiciele Instytutu Astronomii Uniwersytetu Edynburskiego (Royal Observatory), Południowoafrykańskiego Obserwatorium Radioastronomii (SARAO) oraz kanadyjskiego Uniwersytetu McGilla — podkreślają, że mapowanie natężenia wodoru pozwala śledzić nie tylko rozkład samego gazu, lecz pośrednio także rozkład ciemnej materii, która kształtuje kosmiczną sieć poprzez swoje oddziaływanie grawitacyjne.
Co dalej: SKA i archiwum MeerKAT
MeerKAT jest instrumentem-prekursorem dla budowanego właśnie Square Kilometre Array Observatory (SKAO) — projektu, który połączy anteny w RPA z instalacją Inyarrimanha Ilgari Bundara (Murchison Radio-astronomy Observatory) w Australii. Australijska część układu ma uzyskać tzw. pierwsze światło już w przyszłym roku. Mapowanie natężenia wodoru jest wskazywane jako jeden z głównych celów naukowych całego przedsięwzięcia SKAO.
Zespół zapowiada, że kolejne obserwacje — obejmujące większe fragmenty nieba i dłuższy czas ekspozycji — pozwolą tworzyć coraz bardziej szczegółowe mapy wodoru w różnych epokach kosmicznych. To z kolei powinno pomóc zrozumieć, jak formowały się i ewoluowały galaktyki oraz jak ciemna materia i ciemna energia kształtowały strukturę Wszechświata na przestrzeni miliardów lat.
Źródła
Główne:
- University of Manchester, komunikat prasowy, 1.09.2026: Astronomers use MeerKAT to directly detect faint hydrogen signal from the distant Universe,
- Paul, S. et al., The Astrophysical Journal Letters (2026),
Kontekstowe:
Opracowanie: Agnieszka Nowak
