Астрономы впервые напрямую зафиксировали крайне слабый радиосигнал от водорода, расположенного в миллиардах световых лет от Земли. Результат показал перспективность нового способа изучения крупномасштабной структуры Вселенной. Исследование провела международная группа под руководством специалистов Манчестерского университета и Университета Западного Кейпа.
Для наблюдений ученые использовали южноафриканский радиотелескоп MeerKAT. Аппарат зарегистрировал излучение нейтрального водорода, относящееся к периоду, когда Вселенная была на несколько миллиардов лет моложе. Результаты работы опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.
Метод получил название картирования интенсивности водорода. Нейтральный водород испускает очень слабое радиоизлучение на длине волны 21 сантиметр, которое из-за расширения Вселенной растягивается по мере распространения. Измеряя это смещение, исследователи могут изучать распределение водорода в разные эпохи космической истории.
В отличие от традиционных обзоров галактик, ученым не требуется находить каждый объект отдельно. Они фиксируют совокупное радиоизлучение водорода сразу от большого числа галактик, которые невозможно различить по отдельности. Такой подход позволяет исследовать огромные области пространства и восстанавливать трехмерную картину распределения материи.
Команда проанализировала около 96 часов наблюдений MeerKAT и обнаружила сигнал, относящийся к двум периодам истории Вселенной. Излучение преодолело расстояние примерно за четыре-пять миллиардов лет, а измерения позволили проследить водород на масштабах в несколько миллионов световых лет. Как отметил ведущий автор работы Сурабх Пол, прямое обнаружение сигнала показывает, что метод постепенно становится практическим инструментом космологии.
Для выделения слабого излучения ученым пришлось учитывать помехи от фоновых источников, радиоизлучения, созданного человеком, и особенностей работы оборудования. Исследователи считают, что метод поможет изучать формирование и развитие галактик, влияние темной материи на космическую сеть и изменения Вселенной на протяжении миллиардов лет. В дальнейшем картирование нейтрального водорода планируют развивать с помощью обсерватории Square Kilometre Array, для которой MeerKAT выступает телескопом-предшественником.