Ein Maser-Signal, das Äquivalent zu einem Laser, erreichte uns von einer fernen Galaxie. Seine Herkunft und Intensität machen ihn zu einem außergewöhnlichen Fall. Das Signal reiste mehrere Milliarden Jahre durch den Weltraum, bevor es uns erreichte.
Die Emission wurde vom Radioteleskop MeerKAT in Südafrika nach einer Reise von etwa acht Milliarden Lichtjahren aufgefangen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lasern emittieren Maser im Bereich von Mikrowellen und Radiowellen. Das identifizierte Phänomen ist in diesem Fall ein Hydroxyl-Mega-Maser.
Ein Hydroxyl-Mega-Maser entspricht einer kohärenten Emission von Mikrowellen, die durch stimulierte Verstärkung in sehr dichten Gaswolken erzeugt wird. In diesen Regionen werden Hydroxyl-Moleküle (OH) durch intensive Strahlung angeregt, die oft mit einer starken Sternentstehung verbunden ist. Wenn diese Moleküle in einen energieärmeren Zustand zurückkehren, emittieren sie Photonen, die wiederum andere identische Emissionen stimulieren. Dieser Mechanismus erzeugt ein verstärktes und kohärentes Signal, das über große Entfernungen im Radiobereich beobachtet werden kann.
Ohne einen natürlichen Vergrößerungseffekt wäre dieses Signal unentdeckt geblieben. Die Strahlung wurde durch die Schwerkraft einer Galaxie, die sich zwischen der Quelle und der Erde befindet, abgelenkt und verstärkt. Dieses von Albert Einstein beschriebene Phänomen der Gravitationslinse wirkt wie eine kosmische Lupe. Es ermöglicht die Beobachtung extrem entfernter Objekte, die normalerweise zu schwach für eine Detektion wären.
Die Entfernung dieses Mega-Masers stellt einen Rekord dar. Seine Beobachtung entspricht einer Epoche, in der das Universum nur etwa die Hälfte seines heutigen Alters hatte. Sie bietet somit direkten Zugang zu den Bedingungen, die während der aktiven Phasen der Galaxienentstehung herrschten. Die Verstärkung des Signals ermöglicht trotz dieser extremen Entfernung eine detaillierte Analyse.
Illustration der fernen Galaxie in 8 Milliarden Lichtjahren Entfernung (rot), vergrößert durch eine Linsengalaxie, die einen roten Ring bildet. Die Zerlegung des Radiolichts offenbart den Hydroxyl-Mega-Maser (Regenbogenlinie oben rechts).
Quelle: Inter-University Institute for Data-Intensive Astronomy (IDIA)
Diese Mega-Maser treten am häufigsten in kollidierenden Galaxien auf. Diese Wechselwirkungen konzentrieren große Mengen an Gas und Staub und begünstigen eine intensive Sternentstehung. In diesen Umgebungen verstärken Hydroxyl-Moleküle natürlicherweise die Radioemissionen. Die Detektion eines solchen Signals deutet daher auf eine besonders hohe Aktivität in der beobachteten Galaxie hin.
Die Untersuchung dieses Phänomens liefert Informationen über die Dynamik des Gases und die Mechanismen der Sternentstehung. Sie kann auch die Präsenz von wechselwirkenden supermassereichen Schwarzen Löchern aufdecken. Diese Systeme sind in der Lage, Gravitationswellen zu erzeugen, die heute von Astrophysikern aktiv gesucht werden.
Die von Thato Manamela von der Universität Pretoria durchgeführte Forschung wurde in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters veröffentlicht. Sie ebnet den Weg für die Entdeckung weiterer entfernter Mega-Maser dank der wachsenden Fähigkeiten moderner Radioinstrumente.
Quelle: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters