Международная коллаборация MeerKLASS впервые напрямую измерила крупномасштабное распределение нейтрального водорода в далёкой Вселенной. Результат, полученный после десяти лет работы, подтвердил, что водород повторяет структуру космической паутины, и продемонстрировал перспективность нового метода картографирования Вселенной.
Карта водорода вместо отдельных галактик
Исследователи использовали данные южноафриканского радиотелескопа MeerKAT, собранные в рамках обзора MeerKAT Large Area Synoptic Survey. Наблюдения охватили примерно 250 квадратных градусов неба — площадь, сопоставимую с 1250 полными лунными дисками.
Для анализа применили метод картирования интенсивности излучения на длине волны 21 см. Он объединяет излучение нейтрального водорода сразу от множества галактик в больших участках неба. Благодаря этому учёные могут изучать общий рисунок распределения вещества, даже если отдельные галактики невозможно различить, и строить трёхмерную карту Вселенной.
Зафиксированный сигнал возник около 4,5 млрд лет назад, когда Вселенной было немного больше 9 млрд лет. Измерение показало, что скопления водорода прослеживают крупномасштабную структуру космической паутины — сети областей повышенной плотности вещества и гигантских пустот.
Слабый сигнал на фоне помех
Главной технической проблемой стало отделение сигнала водорода от астрофизического излучения переднего плана. Оно примерно в 10 тысяч раз сильнее искомого сигнала. Для повышения надёжности наблюдений 64 антенны MeerKAT работали не как единый интерферометр, а как независимые радиотелескопы. Это снизило угловое разрешение, но позволило значительно увеличить скорость обзора.
Полученные в разное время и разными антеннами карты затем сравнили между собой. Настоящая космическая структура должна повторяться на всех картах, тогда как инструментальные помехи меняются и подавляются при сопоставлении. В итоге сигнал оказался более чем в шесть раз сильнее статистического шума.
«Это важный этап в превращении картирования интенсивности на длине волны 21 см в новый инструмент космологии», — заявил руководитель обзора MeerKLASS профессор Мариу Сантуш из Университета Западного Кейпа. По его словам, измерение стало результатом работы исследователей из семи стран на протяжении десятилетия. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
