Gli astronomi che utilizzano il radiotelescopio MeerKAT in Sudafrica hanno scoperto il megamaser a idrossile più distante mai rilevato, aprendo una nuova frontiera della radioastronomia. Un megamaser a idrossile è un laser spaziale naturale, e questo si trova in una galassia in fase di violenta fusione a oltre 8 miliardi di anni luce di distanza.
Abbiamo parlato con gli astronomi Thato Manamela, ricercatrice post-dottorato presso l’Università di Pretoria, e Roger Deane, direttore dell’Istituto Interuniversitario per l’Astronomia ad Alta Intensità di Dati e professore presso le università di Città del Capo e Pretoria, riguardo al loro studio .
Ciò che avete scoperto è stato descritto come una “nuova frontiera” nella ricerca spaziale. Perché è straordinario?
Questa scoperta è straordinaria per via della distanza record a cui l’abbiamo rilevata, oltre otto miliardi di anni luce. Ciò la colloca nelle profondità dell’universo primordiale. Questo significa che non stiamo osservando la galassia come appare oggi, ma come era 8 miliardi di anni fa. Dal momento che il Big Bang è avvenuto circa 13,8 miliardi di anni fa, stiamo osservando una versione “immatura” dell’universo. In quella fase, quando il segnale maser è stato trasmesso dalla galassia ospite, le galassie erano molto più “caotiche”, si scontravano più spesso ed erano molto più attive rispetto alle galassie stabili e mature che vediamo oggi nelle nostre vicinanze.
Ci offre una rara opportunità di osservare le interazioni tra galassie e gli ambienti estremi di formazione stellare quando il cosmo aveva meno della metà della sua età attuale. Immaginate la luce come una lettera. Se un amico vi spedisce una lettera dall’estero, quando la leggete, le notizie sono già vecchie. Nello spazio, la luce è la lettera. Le “notizie” provenienti da questa galassia hanno impiegato 8 miliardi di anni per raggiungerci. Noi vediamo la galassia come un “bambino piccolo”, anche se, nel suo tempo, è già cresciuta o cambiata.
Abbiamo rilevato questo megamaser, che opera su una scala di potenza milioni di volte superiore a quella di un tipico maser galattico. Sia i megamaser che i gigamaser sono radiolaser cosmici. Mentre un megamaser è un milione di volte più luminoso di un maser standard trovato nell’universo locale, un gigamaser è un miliardo di volte più luminoso, risultando quindi 1.000 volte più potente di un megamaser.
In sole cinque ore di osservazione, abbiamo individuato un segnale che, data la sua distanza e rarità, richiede in genere centinaia di ore di osservazione. Tuttavia, l’effetto di lente gravitazionale ha amplificato il segnale a sufficienza da permetterci di rilevarlo. Inoltre, mentre il nostro obiettivo era l’idrogeno neutro, l’ampia larghezza di banda di MeerKAT ha consentito la sorprendente scoperta del segnale del megamaser negli stessi dati.
Questa rapida rilevazione suggerisce che le future indagini con MeerKAT e il futuro Osservatorio SKA potrebbero scoprire molti altri oggetti così distanti ed estremi. La sua capacità di individuarlo così rapidamente dimostra che finalmente disponiamo della tecnologia per rilevare segnali deboli provenienti da un passato remotissimo. È un’anteprima di ciò che il futuro Square Kilometer Array (SKA), un mega-progetto internazionale unico nel suo genere, potrebbe realizzare.
di nuova generazione altamente complementare, Ma è in fase di progettazione e costruzione negli Stati Uniti una struttura chiamata Next Generation Very Large Array (ngVLA) . L’Osservatorio SKA (SKA-Low e SKA-Mid) si concentra sulle frequenze radio basse e medie. L’ngVLA opererà a frequenze molto più elevate. Insieme, costituiranno due dei pilastri principali della radioastronomia globale di prossima generazione. La scoperta offre agli astronomi un nuovo modo per studiare l’evoluzione delle galassie nell’universo primordiale.
Quali tecnologie o capacità hanno reso possibile tutto ciò?
La scoperta è stata resa possibile dalla sensibilità e dall’ampia copertura di frequenza del radiotelescopio MeerKAT. La sua capacità di rilevare segnali deboli su un ampio intervallo di frequenze ci permette di cercare righe spettrali in grandi volumi cosmici. Una riga spettrale è un’impronta chimica cosmica. Ogni atomo o molecola emette onde elettromagnetiche a frequenze specifiche. Rilevare queste frequenze permette agli astronomi di capire di cosa è composto il gas.
In questo caso, l’ampia larghezza di banda di MeerKAT ci ha permesso di rilevare sia la riga dell’ossidrile che l’assorbimento dell’idrogeno neutro in una singola osservazione. In precedenza, con la tecnologia più vecchia, ciò avrebbe richiesto due osservazioni separate.
Altrettanto importanti sono i progressi nell’elaborazione dei dati e nel calcolo. I dati sono stati elaborati utilizzando risorse di calcolo ad alte prestazioni presso l’Istituto Interuniversitario per l’Astronomia Intensiva dei Dati (IDIA).
Elaborare quantità di dati così ingenti è come cercare di bere da una manichetta antincendio. MeerKAT raccoglie gigabyte di informazioni ogni secondo, generando file di dimensioni di gran lunga superiori a quelle gestibili da un computer standard. Per individuare un segnale risalente a 8 miliardi di anni fa, milioni di volte più debole di un segnale di un telefono cellulare, è necessario utilizzare sofisticate pipeline di calibrazione. Queste agiscono come un autolavaggio automatizzato ad alta tecnologia, eliminando il rumore digitale e affinando la messa a fuoco del telescopio. Questo processo di “pulizia” richiede trilioni di calcoli matematici, rendendo necessario l’utilizzo di supercomputer che lavorano per giorni per trasformare le interferenze radio grezze in una chiara scoperta scientifica.
Anche l’effetto lente gravitazionale ha giocato un ruolo chiave. Un oggetto massiccio in primo piano, come una stella o una galassia, ad esempio, amplificava il segnale proveniente dalla galassia distante, fungendo di fatto da telescopio naturale e aumentando la nostra capacità di rilevarlo.
In che modo le tue scoperte cambiano la nostra comprensione dell’universo?
È raro che un singolo sistema astrofisico, un insieme di oggetti celesti, in questo caso due galassie che formano un sistema di lenti gravitazionali, possa cambiare la nostra comprensione dell’universo. In genere, per ottenere risultati simili, abbiamo bisogno di campioni di grandi dimensioni. Ma la combinazione tra la distanza da record e la rapidità della scoperta è stata davvero impressionante.
Ciò suggerisce che ricerche sistematiche, come quelle condotte dalle profonde indagini di MeerKAT, potrebbero trasformare queste scoperte, un tempo rare, in potenti strumenti per studiare la formazione stellare estrema, ma altamente oscurata, nell’universo distante. Di conseguenza, l’Osservatorio SKA e i futuri telescopi non si limiteranno a cercare fenomeni simili, ma andranno alla ricerca di storia nascosta.
I megamaser di idrossile sono solitamente associati alle fusioni di galassie. Ci si aspetta che alcune fusioni di galassie ospitino coppie di buchi neri supermassicci. Quasi ogni galassia di grandi dimensioni ha un buco nero supermassiccio al suo centro. Quando le galassie si fondono, i buchi neri supermassicci ai loro centri possono finire per spiraleggiare l’uno verso l’altro, producendo onde gravitazionali, ovvero increspature nello spaziotempo. Trovare sistemi come questo aiuta gli astronomi a studiare una fase importante dell’evoluzione galattica e gli ambienti in cui si verificano questi eventi estremi.
Utilizzando i megamaser per individuare queste coppie, possiamo studiare le fasi finali della formazione degli oggetti più grandi dell’universo. Si tratta di una tappa fondamentale nella vita di una galassia. Trovando queste galassie ora, le stiamo osservando in una fase evolutiva cruciale, il conto alla rovescia finale prima che si scontrino e rilascino un’enorme esplosione di energia che i nostri rivelatori di prossima generazione saranno in grado di captare.
L’intensità del segnale di idrossile rilevato da MeerKAT dopo un tempo di osservazione così breve implica quindi che gli astronomi saranno in grado di rilevare un gran numero di questi sistemi per la maggior parte del tempo cosmico.
Cosa rivela questa scoperta sul ruolo del Sudafrica nell’ambito della radioastronomia ad alta intensità di dati?
Questa scoperta evidenzia il ruolo di primo piano del Sudafrica nella radioastronomia. Strutture come MeerKAT, unite a piattaforme ad alta intensità di dati come IDIA, offrono capacità di livello mondiale sia per l’osservazione che per l’analisi. Dimostra inoltre una solida competenza locale nella gestione di grandi e complessi set di dati.
Scoperte come questa si basano su un’elaborazione avanzata dei dati, sull’estrazione del segnale e sull’interpretazione scientifica. Queste sono tutte competenze chiave della comunità di ricerca sudafricana. Con il passaggio dall’utilizzo di telescopi esplorativi come MeerKAT alla costruzione e alla gestione del più grande radioosservatorio del mondo, lo SKAO, il Sudafrica è ben posizionato per rimanere un polo di riferimento per l’astronomia ad alta intensità di dati. Risultati come questo rafforzano il ruolo del Paese nel plasmare il futuro del settore.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’ articolo originale .
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