Ραδιοσήμα 8 δισεκατομμυρίων ετών στο τηλεσκόπιο MeerKAT

Ενώ νωρίτερα σήμερα μιλούσαμε για πάγο 6 εκατομμυρίων ετών στην Ανταρκτική (To Brief), ένα άλλο αρχείο του χρόνου, πολύ μακρύτερο, μόλις διαβάστηκε με ραδιοκύματα. Το ραδιοτηλεσκόπιο MeerKAT της Νότιας Αφρικής εντόπισε μια φυσική εκπομπή ραδιοκυμάτων από διαστρικά νέφη υδροξυλίου, που ενισχύεται από τη βίαιη σύγκρουση δύο γαλαξιών στο σύστημα HATLAS J142935.3-002836 (SARAO, Phys.org). Στην ορολογία των αστρονόμων, λέγεται OH megamaser. Δεν υπάρχει ορατή ακτίνα, ούτε σήμα που στοχεύει τη Γη. Το ταξίδι αυτής της εκπομπής μέχρι εμάς κράτησε 8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένας ενισχυτής χωρίς ηλεκτρισμό

Το maser είναι ο ραδιοφωνικός ξάδερφος του laser, με την ίδια κβαντική αρχή που περιέγραψε ο Αϊνστάιν το 1917, μόνο που δουλεύει σε ραδιοσυχνότητες αντί για ορατό φως. Στο εσωτερικό μιας γαλαξιακής σύγκρουσης, τα τεράστια νέφη μοριακού αερίου συμπιέζονται. Η σκόνη γύρω τους θερμαίνεται από την εκρηκτική γέννηση νέων άστρων και πλημμυρίζει με υπέρυθρη ακτινοβολία τα μόρια υδροξυλίου (OH).

Η υπέρυθρη ακτινοβολία λειτουργεί σαν αντλία, ανεβάζοντας ηλεκτρόνια σε υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα. Όταν ένα φωτόνιο της σωστής συχνότητας περάσει από εκείνη την περιοχή, πυροδοτεί όλα τα διεγερμένα μόρια να εκπέμψουν ταυτόχρονα στις χαρακτηριστικές γραμμές των 1665 και 1667 MHz, μήκος κύματος γύρω στα 18 cm (Annual Reviews). Το αποτέλεσμα είναι μια καθαρή ραδιογραμμή με λαμπρότητα που μπορεί να ξεπερνά τα εκατομμύρια ηλιακές φωτεινότητες (MNRAS).

Φανταστείτε ένα δωμάτιο όπου χιλιάδες άνθρωποι ψιθυρίζουν τυχαία και ξαφνικά τραγουδούν όλοι την ίδια νότα στον ίδιο τόνο. Αυτό κάνει ο maser με τα φωτόνια.

Ο φακός της ίδιας της βαρύτητας

Ακόμα και αυτό το ενισχυμένο σήμα δεν θα έφτανε σε εμάς τόσο καθαρό αν δεν μεσολαβούσε ένας συμπαντικός μεγεθυντικός φακός. Στη διαδρομή των 8 δισ. ετών φωτός, τα ραδιοκύματα πέρασαν δίπλα σε έναν ενδιάμεσο γαλαξία. Η βαρύτητά του καμπύλωσε τον χωροχρόνο και έλυγισε τη διαδρομή τους, ακριβώς όπως ένας γυάλινος φακός λυγίζει το ορατό φως (NASA). Το φαινόμενο λέγεται βαρυτικός φακός και είναι ταυτόχρονα ευλογία και παγίδα. Μεγέθυνε το σήμα αρκετά ώστε να γίνει ανιχνεύσιμο, όμως κάνει τη φαινόμενη λαμπρότητα να δείχνει μεγαλύτερη από την πραγματική.

Γιατί το άκουσε το MeerKAT

Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, τέντωσε αυτά τα ραδιοκύματα κατά το ταξίδι τους και τα έφερε ακριβώς στη ζώνη συχνοτήτων που το MeerKAT είναι κατασκευασμένο να ακούει καλύτερα από κάθε άλλο όργανο στον κόσμο (SARAO). Δεν είναι σύμπτωση που η ανακάλυψη ήρθε από εκεί.

Τα OH megamasers αποτελούν κομβικούς δείκτες μιας συγκεκριμένης φάσης στη ζωή των γαλαξιών: ακραίες συγκρούσεις με πυκνό μοριακό αέριο, μαζική αστρογένεση, σκόνη που κρύβει τα πάντα από το ορατό φως (Phys.org). Σε εκείνη την κοσμική εποχή, όταν το σύμπαν ήταν περίπου στο μισό της σημερινής του ηλικίας, τέτοιες συγκρούσεις ήταν πολύ πιο συχνές. Κάθε μακρινός maser είναι ένα στιγμιότυπο από μια φάση του κόσμου που δεν φτάνουμε με άλλο τρόπο. Όταν το Square Kilometre Array (SKA) μπει σταδιακά σε λειτουργία τα επόμενα χρόνια, αυτές οι ανιχνεύσεις θα γίνουν από μεμονωμένα ρεκόρ συστηματική απογραφή (ScienceDaily).

Gigamaser ή οπτική απάτη;

Εδώ μένει το πραγματικά ανοιχτό ερώτημα. Η πανεπιστημιακή ομάδα κατέταξε αρχικά το αντικείμενο ως πιθανό gigamaser, μια ισχυρότερη κατηγορία πάνω από τα megamasers (AcademicJobs). Αν επιβεβαιωθεί, θα είναι από τους πιο φωτεινούς maser που έχουν εντοπιστεί ποτέ. Όμως η σφραγίδα εξαρτάται από έναν δύσκολο υπολογισμό. Πρέπει να αφαιρέσουν με ακρίβεια την επίδραση του βαρυτικού φακού. Ίσως η πηγή είναι όντως πρωτοφανώς ισχυρή. Ίσως ο φακός την «φούσκωσε» οπτικά πάνω από το πραγματικό της μέγεθος. Η απάντηση θα έρθει με το peer review του paper στο MNRAS Letters, όπου η κρίση γίνεται ακριβώς για τέτοιες λεπτομέρειες.