Радиотелескоп MeerKAT напрямую измерил спектр мощности нейтрального водорода, значимость 6,2 сигма

Международная коллаборация MeerKLASS впервые напрямую измерила спектр мощности нейтрального водорода на космологических масштабах без привязки к каталогам известных галактик, сообщает ixbt.com. Измерение выполнено на южноафриканском радиотелескопе MeerKAT. Значимость результата составила 6,2 сигма ixbt.comixbt.comixbt.comОткрыть источник ↗.

Картирование интенсивности линии 21 см

Нейтральный водород испускает радиоволны на длине волны 21 см, и их частота меняется из-за расширения Вселенной. Вместо того чтобы различать отдельные галактики, астрономы измеряют суммарное излучение водорода на больших участках неба. Полученные карты позволяют восстановить распределение газа и проследить его скопления и разреженные области, связанные с космической паутиной — сетью галактик и соединяющих их нитей вещества.

Команда использовала наблюдения 2021 года. Телескоп охватил около 236 квадратных градусов неба, а сигнал пришёл из области Вселенной с красным смещением около 0,42, что соответствует эпохе примерно 4,5 млрд лет назад. Излучение регистрировали в диапазоне частот от 971 до 1024 МГц. Главная трудность состояла в отделении слабого сигнала водорода от гораздо более ярких радиоисточников и помех, включая излучение Млечного Пути и эффекты самого инструмента.

Чтобы отличить космологический сигнал от ошибок измерений, исследователи разделили наблюдения на четыре независимые подвыборки. Каждую обрабатывали отдельно, удаляя посторонние компоненты, затем сравнивали полученные карты и спектры. Такой подход подавил некоррелированный инструментальный шум и позволил проверить, сохраняется ли общая структура сигнала в независимых наборах данных ixbt.comixbt.comixbt.comОткрыть источник ↗.

Что измерено и какие есть ограничения

Главное отличие от прежних результатов в том, что команда измерила собственный спектр мощности излучения водорода, а не только его связь с положениями уже известных галактик. Спектр мощности — статистическая характеристика того, насколько сильно распределение водорода меняется на разных пространственных масштабах. Авторы получили оценку амплитуды кластеризации, зависящую от космической плотности водорода и его линейного смещения относительно распределения материи.

Пока измерение охватывает ограниченный диапазон масштабов. Обработка данных по-прежнему требует контроля остаточных помех и потерь космологического сигнала. Авторы отмечают, что некоторые спектры отдельных подвыборок содержат избыточную мощность из-за не до конца устранённых систематических эффектов, поэтому для итогового результата они выбрали более консервативное сочетание независимых измерений. Тем не менее обнаружение показывает, что метод способен выделять сигнал водорода без внешнего каталога галактик.

MeerKAT служит предшественником будущей обсерватории Square Kilometre Array (SKA) ixbt.comixbt.comixbt.comОткрыть источник ↗.