Sydafrikansk teleskop opfanger rekord-radiosignal fra universets ungdomstid

Et lyssignal fra universets fortid

Et radioteleskop i Sydafrika har opfanget et signal fra verdensrummet, der stammer fra en tid, hvor universet stadig var ungt. Signalet er det kraftigste af sin slags, der nogensinde er registreret, og giver et sjældent indblik i en voldsom kollision mellem to galakser otte milliarder lysår borte.

I centrum af observationen befinder sig et objekt med den tørre betegnelse HATLAS J142935.3-002836. Bag dette tekniske navn gemmer sig et galaktisk kaos: To galakser støder sammen, deres gasskyer kollapser, nye stjerner opstår i et rasende tempo – og midt i det hele dannes et ekstremt kraftigt radiosignal.

Signalet har rejst i otte milliarder år

Strålen begyndte sin rejse for omkring otte milliarder år siden, da universet var cirka fem milliarder år gammelt. Siden da har den gennemkrydset mere end halvdelen af det synlige kosmos, før den i april 2025 ramte antennerne på det sydafrikanske radioteleskop MeerKAT.

Det nu målte radiosignal anses for at være det fjerneste og samtidig kraftigste signal af sin art, der hidtil er blevet registreret.

Under normale omstændigheder ville et sådant radiosignal på denne afstand være alt for svagt til at kunne opfanges med nutidens instrumenter. Strålingen ville blive mere og mere fortyndet med den voksende afstand. Her spiller et sjældent kosmisk tilfælde en afgørende rolle.

Gravitationslinse: Når en galakse bliver til en kosmisk lup

Mellem den fjerne kilde og Jorden befinder der sig endnu en galakse, omtrent midt på strækningen. Dens enorme masse krummer rummet omkring sig. Denne krumning virker som en gigantisk linse og koncentrerer de radiobølger, der udsendes fra den kolliderende galakse.

Astrofysikere taler om en gravitationslinse. Linsen forstærker signalet mangefoldigt, ligesom et brændglas koncentrerer sollyset. Uden dette præcise rumlige sammenfald – kilde, linse og Jorden næsten perfekt på én linje – ville strålen i praksis have været usynlig.

Holdet ledet af astronomen Marcin Glowacki fra Universitetet i Pretoria fandt denne særlige konstellation i data fra MeerKAT Absorption Line Survey, en stor observationskampagne med MeerKAT. Fagfolkene analyserede spektre fra mange himmelregioner og stødte derved på det usædvanligt kraftige signal. En første analyse blev offentliggjort på fagplatformen Arxiv.

MeerKAT: 64 antenner i Karoo-ørkenen

MeerKAT består af 64 individuelle antenner, fordelt i det øde landskab i Karoo i Sydafrika. Tilsammen udgør de et højfølsomt netværk, der opfanger radiobølger fra verdensrummet. Systemet afsøger store dele af den sydlige himmel og er særligt velegnet til at spore svage og fjerne kilder.

• Placering: Karoo-ørkenen i Sydafrika
• Antal antenner: 64
• Frekvensområde: Radiobølger med lav energi
• Anvendelsesområde: Fjerne galakser, pulsarer, gasskyer, gravitationslinser

Takket være den høje følsomhed kan MeerKAT måle signaler, der for ældre radioteleskoper simpelthen ville være druknet i støjen. Netop denne evne var afgørende for overhovedet at kunne genkende det nu rapporterede rekordstøttesignal.

Når galakser kolliderer: Sådan opstår en kosmisk laser

Det registrerede signal stammer fra en såkaldt hydroxyl-megamaser. Bag dette tunge udtryk gemmer sig en proces, der lader sig forklare ret anskueligt.

I de kolliderende galakser i HATLAS J142935 befinder der sig enorme skyer af molekylært gas, der er rigt på hydroxylmolekyler (OH). Under sammenstødet presses disse skyer brutalt sammen. Tæthed og temperatur stiger kraftigt, chokbølger raser gennem gassen. I dette miljø bringes hydroxylmolekylerne i en ophidset tilstand.

Når de falder tilbage til en lavere energitilstand, udsender de radiobølger – men ikke tilfældigt i alle retninger, derimod i form af en forstærket, kohærent stråle. Det minder om den fysiske mekanisme bag en laser, blot ikke i et laboratorium, men på galaktisk skala. Derfor taler man om en maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), i ekstreme tilfælde en megamaser.

Den nu registrerede stråle er så intens, at forskere ønsker at placere den i en helt ny kategori: gigamaseren.

Den målte lysstyrke overgår alle hidtil kendte hydroxyl-megamasere. Det tyder på, at der foregår særligt voldsome processer i det involverede galaksepar. Skøn antyder, at der hvert år opstår nye stjerner med flere hundrede solmasser – et sandt fyrværkeri af stjernedannelse.

Hvorfor astronomer elsker sådanne maser-signaler

For astrofysikere er masere ikke blot spektakulære, de er også ekstremt nyttige. Signalerne giver information om, hvor molekylært gas befinder sig i en fjern galakse, hvor hurtigt det bevæger sig, og hvor tæt det er. Fordi masere kan være så lysstærke, kan de påvises selv i afstande, hvor normal radiostråling for længst ikke ville være målbar.

Med hvert nyopdaget objekt af denne art udvider forskere deres kort over det tidlige univers. De kan bedre forstå, hvornår og hvordan galakser smeltet sammen, hvor hurtigt stjernedannelsesraten steg dengang, og hvilken rolle kollisioner spillede i den sammenhæng.

MeerKAT som forløber for Square Kilometre Array

Den nu rapporterede observation er den første kendte hydroxyl-gigamaser, der er påvist takket være en gravitationslinse. Dermed bekræftes en strategi, som mange fagfolk sætter store forhåbninger til: systematisk at søge efter radiokilder, hvor massive galaksehobe fungerer som forstærkere.

MeerKAT tjener i denne sammenhæng som testområde for det ambitiøse Square Kilometre Array (SKA). Dette internationale projekt sigter mod at opføre tusindvis af antenner i Sydafrika og Australien i de kommende år. Tilsammen skal de nå et indsamlingsareal på cirka én kvadratkilometer – deraf navnet.

De første udbygningstrin af SKA forventes at gå i gang fra 2028. Med sin betydeligt øgede følsomhed vil systemet kunne spore signaler, der i dag ligger langt under enhver påvisningsgrænse. Mange af de svagere masere vil derefter potentielt kunne blive synlige via omvejen over en gravitationslinse.

Jagten på tusindvis af skjulte "rumlasere"

Fremtidige observationer retter sig målrettet mod regioner, hvor store galaksehobe kraftigt forvrider rummet. Sådanne hobe virker som et helt felt af kosmiske lupper. Den, der systematisk overvåger disse himmelområder, har gode chancer for at registrere et stort antal yderligere masere.

Fagfolk regner med, at der i de kommende år vil opstå et egentligt arkiv af fjerne maserkilde. Fra fordelingerne, lysstyrker og hastigheder for disse objekter kan man derefter udlede en slags statistisk historie om universet: Hvornår var galaksekollisioner særligt hyppige? I hvilken epoke opstod flest stjerner? Hvordan har mængden af koldt gas ændret sig over milliarder af år?

Hvad der gemmer sig bag nogle fagbegreber

Den, der ikke dagligt beskæftiger sig med astrofysik, snubler let over begreber som "gravitationslinse" eller "maser". Et kort overblik hjælper med at sætte opdagelsens rækkevidde i perspektiv.

• Gravitationslinse: Masse krummer rummet. Lys og radiobølger følger denne krumning. En meget massiv galakse eller galaksehob kan forstærke og forvrænge stråling fra objekter bag den, ligesom en glaslinse.
• Maser: Fysisk beslægtet med laseren, blot inden for mikrobølge- og radioområdet. Ophidsede molekyler udsender forstærket, fokuseret stråling.
• Lysår: Den strækning, lyset tilbagelægger på ét år – cirka 9,46 billioner kilometer. Otte milliarder lysår svarer altså til en rejse over kosmiske dimensioner.

Et praktisk billede: Den, der om natten ser en fjern by, opfatter oftest kun et diffust skær. Masere opfører sig som en søgelygte i den by, der peger præcis i vores retning. Selv fra enorm afstand er denne søgelygte stadig synlig – særligt når en linse yderligere koncentrerer lyset.

Med MeerKAT og siden SKA vokser chancen for at registrere stadig flere af disse kosmiske "søgelygter". Hver nyopdaget kilde udvider billedet af det unge univers et stykke yderligere. Det, der i dag fremstår som et enkelt, spektakulært rekordtilfælde, kan snart vise sig at være en brik i et langt større samlet mønster.