«Космический лазер» из прошлого: астрономы обнаружили самый мощный и далёкий мегамазер в истории

Астрономы зафиксировали самый далёкий и яркий «космический лазер» (мегамазер) из когда-либо виденных. Он вырывается из столкновения галактик, произошедшего, когда Вселенной было всего половина её нынешнего возраста.

Эта система галактик, обозначенная как HATLAS J142935.3–002836, испускает свет, которому потребовалось около 8 миллиардов лет, чтобы достичь радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке. Лазер представляет собой гидроксильный мегамазер — то есть он похож на обычный лазер, но работает в микроволновом или радиодиапазоне, а не в видимом свете. Приставка «гидроксильный» означает, что этот космический лазер образовался, когда молекулы гидроксила (состоящие из одного атома кислорода и одного атома водорода) сталкивались друг с другом внутри плотных газовых облаков сталкивающихся галактик.

Даже при своей впечатляющей яркости HATLAS J142935.3–002836 оставался бы невидимым, если бы не влияние гравитации на ткань пространства-времени — явление, известное как гравитационное линзирование. Этот феномен, впервые предсказанный Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности ещё в 1915 году, до сих пор остаётся ключевым инструментом для астрономов, исследующих Вселенную.

Гравитационное линзирование описывает, что происходит, когда свет от далёкого источника (в нашем случае — мегамазера) проходит мимо искривлений пространства-времени, вызванных массивным объектом, например скоплением галактик. Чем ближе свет проходит к искривляющему объекту (гравитационной линзе), тем сильнее его прямой путь изгибается. В результате свет от одного и того же объекта может достигать наших телескопов в разное время, что создаёт эффект увеличения фонового объекта.

«Мы обнаружили очень далёкий гидроксильный мегамазер с помощью радиотелескопа MeerKAT. Сигнал исходит из галактики с большим красным смещением и сильно усилен гравитационным линзированием», — рассказал Space.com руководитель исследования Тато Манамела из Университета Претории. «Это усиление делает излучение более лёгким для обнаружения и позволяет нам изучать систему, которая в противном случае была бы слишком тусклой для наблюдений».

Манамела добавил, что мегамазеры — редкое явление, судя по исследованиям ближней Вселенной. Обычно их находят в ярких инфракрасных галактиках, содержащих огромное количество газа и пыли. Такие условия часто возникают, когда две или более галактик сталкиваются и сливаются, рождая новую «дочернюю» галактику. Подобные слияния вызывают вспышки интенсивного звёздообразования, а также создают физические условия, позволяющие гидроксильным молекулам усиливать радиоизлучение.

«Этот мегамазер необычен тем, что находится на очень большом расстоянии. Это означает, что мы наблюдаем его из гораздо более ранней эпохи Вселенной, — продолжает Манамела. — Кроме того, сигнал гравитационно линзирован, что увеличивает его яркость и создаёт естественный эффект увеличения. Такое сочетание делает его одним из самых далёких и мощных гидроксильных мегамазеров из известных на сегодня».

Сам факт существования мегамазера в этой сталкивающейся системе указывает на наличие плотного молекулярного газа и интенсивной активности.

«Изучая эмиссионные линии, мы можем узнать о кинематике газа, физических условиях в галактике и процессах, движущих звёздообразование, — говорит Манамела. — Мегамазеры также могут служить индикаторами двойных активных ядер галактик или пар сверхмассивных чёрных дыр — систем, которые, как ожидается, генерируют гравитационные волны».

«Это поможет нам понять, насколько распространены мегамазеры в ранней Вселенной и как они связаны с эволюцией галактик и звёздообразованием», — заключил Манамела.

Но самое удивительное в этом открытии даже не расстояние. Дело в том, что гидроксильные мегамазеры — своего рода космические маяки, которые сигнализируют о самых бурных и хаотичных процессах во Вселенной. Представьте себе два огромных звёздных города, которые врезаются друг в друга с невообразимой скоростью. Газ сжимается, нагревается, запускаются волны рождения новых солнц. И где-то в этом аду молекулы гидроксила начинают вести себя как согласованная лазерная установка, выдавая чёткий, мощный сигнал на частоте 18 см.

Почему это важно для нас сегодня? Потому что такие «лазеры» — ключ к пониманию того, как росли галактики в молодой Вселенной. 8 миллиардов лет назад — это эпоха, когда наше собственное Солнце ещё даже не начало формироваться. И то, что мы видим сейчас, — это снимок «подросткового возраста» космоса, полного слияний, взрывов и катастроф.

Более того, открытие подтверждает мощь метода гравитационного линзирования как естественного телескопа. Без помощи гравитации далёкая галактика осталась бы для нас едва заметной точкой. Но природа сама увеличила её для нас — будто Вселенная протянула нам лупу и сказала: «Смотри сюда, это важно».

Исследование Тато Манамелы и его коллег уже принято к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters и доступно в виде препринта на сервере arXiv. Но главный вывод, пожалуй, лежит за пределами сухой науки: мы живём в эпоху, когда можем заглянуть на 8 миллиардов лет назад и увидеть самый мощный «лазер» во Вселенной. И он напоминает нам, что космос — это не тихая пустота, а кипящий, сталкивающийся и сияющий океан энергии.