Международная группа астрономов MeerKLASS провела первое прямое измерение крупномасштабной структуры космического водорода. Результаты исследования, опубликованные в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), подтверждают, что распределение этого элемента соответствует структуре «космической паутины».
Нейтральный водород был единственным элементом во Вселенной в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва (период «Темных веков»), став основой для формирования звезд и галактик. Сегодня он остается самым распространенным элементом, который встречается как в межзвездной, так и в межгалактической среде.
Новый метод наблюдений
Для проведения исследования ученые использовали радиотелескоп MeerKAT и метод картирования интенсивности 21-см линии. Эта техника позволяет фиксировать суммарное излучение галактик на больших участках неба, что дает возможность создавать трехмерные карты распределения материи: газа, пыли, звезд и галактических кластеров.
Основной сложностью была необходимость выделить слабый сигнал водорода из общего фонового шума Вселенной, который примерно в 10 000 раз сильнее искомого сигнала. Чтобы решить эту проблему, команда применила новый режим работы MeerKAT: вместо объединения всех 64 антенн в один интерферометр, каждая тарелка использовалась как независимый телескоп. Это позволило пожертвовать угловым разрешением ради значительного увеличения скорости обзора.
Результаты и значение
В ходе исследования были проанализированы данные по участку неба площадью около 250 квадратных градусов. Ученым удалось зафиксировать сигнал нейтрального водорода, который был испущен 4,5 миллиарда лет назад (или через 9 миллиардов лет после Большого взрыва). Для исключения инструментальных ошибок команда создала множество независимых карт с разных антенн и в разное время, затем провела их перекрестное сравнение.
По словам профессора Марио Сантоса из Университета Западного Кейпа, этот результат стал итогом десятилетней работы исследователей из семи стран. Полученные данные помогут уточнить ключевые космологические показатели: скорость расширения Вселенной (постоянную Хаббла — Леметра), влияние темной энергии и распределение темной материи.
Разработку конвейера анализа данных, который сделал картирование возможным, возглавил доктор Стивен Каннингтон из Института космологии и гравитации Университета Пердью.
