Et signal rejser 8 milliarder lysår gennem rummet – og bliver alligevel opdaget
Det drejer sig om et sjældent og ekstremt klart signal fra to kollisionskurssatte galakser, mere end 8 milliarder lysår væk. Takket være et tilfældigt kosmisk "sammenretningspunkt" blev radiosignalet forstærket så kraftigt, at det alligevel kunne måles her på Jorden.
Det registrerede objekt bærer den tekniske betegnelse HATLAS J142935.3-002836. Dette galaksesystem udsendte radiosignalet, da universet blot var omkring 5 milliarder år gammelt – endnu ikke halvt så gammelt som i dag. Signalet tilbagelagde derefter mere end halvdelen af det observerbare univers, inden det nåede antennerene i det sydafrikanske radioteleskopnetværk MeerKAT.
Under normale omstændigheder er naturlige radiosignaler fra så store afstande alt for svage. De spreder sig, mister intensitet og forsvinder i den kosmiske støj. Alligevel dukkede dette signal tydeligt op i MeerKATs målinger i april 2025. Forklaringen er et sjældent samspil mellem tre himmellegemer på én og samme tænkte linje.
Gravitationslinsen fungerer som en kosmisk forstærker
Halvvejs mellem kilden og Jorden befinder der sig en anden galakse. Denne mellemliggende galakse har så stor masse, at den forvrænger rumtiden omkring sig. Dette fænomen kaldes en gravitationslinse. Lys- og radiosignaler, der passerer tæt forbi en sådan masse, bøjer af og samles, som om de passerer gennem et kæmpe forstørrelsesglas.
Gravitationslinsen forstærkede radiosignalet betydeligt og gjorde det muligt at opdage en kilde, der ellers ville have været usynlig.
Ifølge forskningsholdet under ledelse af astronom Marcin Glowacki fra Universitetet i Pretoria er der tale om en usædvanligt sjælden konfiguration: en fjern kilde, en linsende galakse imellem dem og Jorden præcis i forlængelse heraf. Dataene stammer fra MeerKAT Absorption Line Survey, et større projekt der systematisk kortlægger radiosignaler fra svage, fjerne kilder.
Fordi linsen hævede signalets intensitet markant, kunne forskerne analysere detaljer, der normalt ligger uden for rækkevidde. Dermed bliver en kategori af hændelser synlige, som astronomer hidtil kun har kendt fra relativt nærliggende galakser.
Hvad er en megamaser – og hvorfor taler forskerne nu om en 'gigamaser'?
Det registrerede radiosignal opstår som følge af såkaldte hydroxylmolekyler (OH) i en ekstremt turbulent region, hvor to galakser støder frontalt sammen. Under en sådan kollision komprimeres enorme skyer af koldt gas. Trykket og temperaturen stiger voldsomt, hvorved molekylerne bringes i en exciteret tilstand.
De exciterede molekyler udsender herefter koordinerede radiosignaler – en proces der minder om en lasers virkemåde, men på radiobølgelængder og i galaktisk skala. Sådanne kilder kaldes masere. Når de er usædvanligt kraftfulde og opererer på kosmisk skala, betegnes de megamasere.
I tilfældet HATLAS J142935 drejer det sig om en endnu mere ekstrem variant. Signalet er så klart, at Glowacki og hans kolleger foreslår at anvende en ny kategori: en "gigamaser". Intensiteten overstiger den hos alle tidligere målte hydroxyl-megamasere.
- Kildetype: hydroxyl-gigamaser
- Afstand: mere end 8 milliarder lysår
- Område: kollision mellem to gasfyldte galakser
- Særligt kendetegn: forstærket af en gravitationslinse mellem kilden og Jorden
En stjernefabrik for fuld kraft
De kollisionsskurssatte galakser producerer tilsammen anslået hundredvis af solmasser i nye stjerner hvert år. Det er titusinder til hundredvis af gange mere end i Mælkevejen. Denne høje produktionshastighed peger på store reserver af molekylært gas – det grundlæggende råmateriale til nye stjerner.
Gigamaseren afslører, hvordan dette gas er fordelt i kernen af de fusionerende galakser. Ved nøje at måle, hvilke frekvenser og intensiteter hydroxyllinjerne har, kan astronomer udlede, hvor gassen samler sig, hvor hurtigt den bevæger sig, og hvor turbulent den er.
Gigamasere fungerer som radiofyrtårne: de markerer de mest voldsomt aktive og travle stjernefabrikker i det unge univers.
MeerKAT som forløber for en ny generation af kæmpeteleskoper
MeerKAT, der består af 64 antenner i det tørre Karoo-område, regnes som et af verdens mest følsomme radioteleskoper inden for sit frekvensområde. Systemet scanner løbende store dele af den sydlige himmel og er særligt velegnet til at opfange svage, fjerne signaler.
Det sydafrikanske anlæg tjener ikke kun til enkeltstående fund. MeerKAT fungerer også som testplatform for det langt større Square Kilometre Array (SKA), der i de kommende år opbygges i Sydafrika og Australien. Det projekt vil omfatte tusindvis af antenner og opnå et effektivt opsamlingsareal på omkring én kvadratkilometer.
| Instrument | Antal antenner | Vigtigste egenskab |
|---|---|---|
| MeerKAT | 64 | Høj følsomhed på den sydlige halvkugle, ideel til dybfeltsmålinger |
| SKA (første fase) | Tusindvis | Cirka ti gange mere følsomt, langt større himmelområde per øjebliksbillede |
De første faser af SKA forventes at være operationelle omkring 2028. Forskere forudser, at antallet af kendte megamasere og gigamasere derefter vil stige eksplosivt. Især områder, hvor tunge galakseklynger fungerer som naturlige linser, prioriteres højt. Disse klynger forstærker flere fjerne kilder samtidig og udgør dermed en slags kosmisk antenneopstilling.
Derfor er astronomer så begejstrede for masere
For kosmologer er masere langt mere end kuriositeter. De leverer målepunkter, som gør det muligt at kortlægge storskalerede processer i universet langt bedre. Med kraftfulde masere kan forskerne blandt andet:
- anslå mængden af koldt molekylært gas i fjerne galakser;
- undersøge, hvor ofte galakser fusionerede i det tidlige univers;
- studere sammenhængen mellem kollisioner og toppe i stjernedannelsen;
- bruge gravitationslinseeffekter til at kortlægge fordelingen af mørkt stof i linsende galakser.
Ved at katalogisere mange sådanne kilder opstår et statistisk billede: hvor ofte forekommer gigamasere, i hvilke typer galakser og på hvilke kosmiske tidspunkter? Disse oplysninger er afgørende for at teste simuleringer af galaksers dannelse og vækst.
Fra mystisk støj til brugbart kosmisk måleredskab
Radiosignaler fra universet lyder som støj for det menneskelige øre, men indeholder en skat af information. Hver molekyltype udsender på sine egne karakteristiske frekvenser. For hydroxylmolekyler ligger disse linjer i det radiofrekvensområde, som MeerKAT er særligt velegnet til at måle. På grund af rødforskydningen – udstrækningen af bølgelængder som følge af universets udvidelse – forskydes disse frekvenser mod lavere værdier for fjerne kilder.
Det forskudte spektrum fortæller, hvor langt kilden befinder sig, og hvor hurtigt galaksen fjerner sig fra os. Signalet fra HATLAS J142935 viser, at galaksen befinder sig dybt inde i universets tidlige historie. Kombinationen af afstand, klarhed og forstærkning via gravitationslinsen gør det til en slags kalibreringspunkt for fremtidige søgninger efter endnu svagere masere.
For ikke-fagfolk kan begreber som megamaser, gigamaser og gravitationslinse virke abstrakte, men de berører direkte spørgsmål, som optager mange: Hvordan opstod de første galakser? Hvordan voksede universet til sin nuværende struktur? Og hvilken rolle spiller usynlig materie i det hele? Ved at studere disse ekstremt klare radiosignaler får astronomer mere konkrete redskaber til at rekonstruere de store linjer i universets historie.
Det kan hjælpe at betragte masere som naturvidenskabelige laboratorier på stor afstand. De forhold der hersker – tætheder, temperaturer og hastigheder – lader sig ikke genskabe på Jorden. Ved omhyggeligt at måle deres stråling tester forskerne deres teorier om stråleprocesser, tyngdekraft og samspillet mellem gas, stjerner og sorte huller under betingelser, som kun universet selv kan tilbyde.
