Opgraderet GMRT måler massen af ​​brint i fjerne galakser

Et hold af astronomer fra National Center for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) i Pune, og Raman Research Institute (RRI), i Bengaluru, har brugt det opgraderede Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) til at måle det atomare brintindhold i galakser set, som de var for 8 milliarder år siden, da universet var ungt. Dette er den tidligste epoke i universet, for hvilken der er en måling af galaksernes atomare gasindhold. Denne forskning er blevet offentliggjort i 14. oktober 2020-udgaven af ​​tidsskriftet Natur .

Galakser i universet består hovedsageligt af gas og stjerner, med gas, der bliver omdannet til stjerner i løbet af en galakses levetid. At forstå galakser kræver således, at vi bestemmer, hvordan mængderne af både gas og stjerner ændrer sig med tiden. Astronomer har længe vidst, at galakser dannede stjerner med en højere hastighed, da universet var ungt, end de gør i dag. Stjernedannelsesaktiviteten i galakser toppede for omkring 8-10 milliarder år siden og har været støt faldende indtil i dag. Årsagen til dette fald er ukendt, mest fordi vi ikke har haft nogen oplysninger om mængden af ​​atomær brintgas, det primære brændstof til stjernedannelse, i galakser i disse tidlige tider.

"Vi har, for første gang, målte det atomare indhold af brintgas i stjernedannende galakser for omkring 8 milliarder år siden, ved hjælp af den opgraderede GMRT. I betragtning af den intense stjernedannelse i disse tidlige galakser, deres atomgas ville blive forbrugt af stjernedannelse på kun en eller to milliarder år. Og, hvis galakserne ikke kunne få mere gas, deres stjernedannelsesaktivitet ville falde, og endelig ophøre, " sagde Aditya Chowdhury, en ph.d. studerende ved NCRA-TIFR og hovedforfatter af undersøgelsen. "Det observerede fald i stjernedannelsesaktivitet kan således forklares ved udmattelsen af ​​det atomare brint."

Målingen af ​​den atomare brintmasse i fjerne galakser blev udført ved at bruge den opgraderede GMRT til at søge efter en spektrallinje i atomart brint. I modsætning til stjerner, der udsender kraftigt lys ved optiske bølgelængder, det atomare brintsignal ligger i radiobølgelængderne, ved en bølgelængde på 21 cm, og kan kun detekteres med radioteleskoper. Desværre, dette 21 cm signal er meget svagt, og vanskeligt at opdage fra fjerne individuelle galakser selv med kraftige teleskoper som den opgraderede GMRT. For at overvinde denne begrænsning, holdet brugte en teknik kaldet "stabling" til at kombinere 21 cm-signalerne på næsten 8, 000 galakser, der tidligere var blevet identificeret med optiske teleskoper. Denne metode måler det gennemsnitlige gasindhold i disse galakser.

K.S. Dwarakanath fra RRI, en medforfatter til undersøgelsen, nævnte "Vi havde brugt GMRT i 2016, før dens opgradering, at gennemføre en lignende undersøgelse. Imidlertid, den smalle båndbredde før GMRT-opgraderingen betød, at vi kun kunne dække omkring 850 galakser i vores analyse, og var derfor ikke følsomme nok til at registrere signalet." "Det store spring i vores følsomhed skyldes opgraderingen af ​​GMRT i 2017, " sagde Jayaram Chengalur, af NCRA-TIFR, medforfatter til papiret. "De nye bredbåndsmodtagere og elektronik gav os mulighed for at bruge 10 gange flere galakser i stablingsanalysen, giver tilstrækkelig følsomhed til at detektere det svage gennemsnitlige 21 cm-signal."