Группа астрономов из Национального центра радиоастрофизики (NCRA-TIFR) в Пуне и Рамановского исследовательского института (RRI) в Бангалоре использовала гигантский радиотелескоп Метревэйв (GMRT) для измерения содержания атомарного водорода в галактиках 9 миллиардов лет назад в молодой Вселенной. Это наиболее ранняя эпоха во Вселенной, для которой есть измерения содержания атомарного водорода в галактиках.
Новый результат является решающим подтверждением более раннего результата группы, когда они измерили содержание атомарного водорода в галактиках 8 миллиардов лет назад, и подталкивает наше понимание галактик к еще более раннему периоду во Вселенной. Новое исследование было опубликовано в недавнем выпуске Astrophysical Journal Letters .
Галактики состоят в основном из газа и звезд, а новые звезды образуются из существующего газа в течение жизни галактики. Когда Вселенная была молодой, звезды образовывались гораздо чаще, чем сегодня. Астрономы уже более двух десятилетий знают, что активность звездообразования в галактиках была максимальной около 8-10 миллиардов лет назад, а затем неуклонно снижалась.
До недавнего времени причина этого снижения была неизвестна, в основном потому, что у нас не было информации о количестве атомарного водорода, основного топлива для звездообразования, в галактиках в эти ранние времена. Ситуация изменилась в прошлом году, когда группа астрономов из NCRA и RRI, включая некоторых авторов настоящего исследования, использовала модернизированный GMRT для получения первого измерения содержания атомарного водорода в галактиках около 8 миллиардов лет назад, когда звездообразование — информационная активность Вселенной пошло на спад. Они обнаружили, что вероятная причина снижения звездообразования в галактиках заключается в том, что в галактиках заканчивается топливо.
Адитья Чоудхури, доктор философии NCRA-TIFR и ведущий автор как нового исследования, так и исследования 2020 года, сказал: «Наши новые результаты относятся к галактикам в еще более ранние времена, но все еще ближе к концу эпохи максимальной активности звездообразования. Мы обнаружили, что 9 миллиардов лет назад галактики были богаты атомным газом, причем масса атомарного газа была почти в три раза больше, чем масса звезд! Это сильно отличается от современных галактик, таких как Млечный Путь, где масса газа почти в десять раз меньше массы звезд».
Измерение массы газообразного атомарного водорода было выполнено с помощью GMRT для поиска спектральной линии в атомарном водороде, которую можно обнаружить только с помощью радиотелескопов. К сожалению, этот сигнал «21 см» очень слаб, и поэтому его почти невозможно обнаружить в отдельных галактиках на таких больших расстояниях, примерно в 30 миллиардах световых лет от нас, даже с помощью мощных телескопов, таких как GMRT. Поэтому команда использовала технику, называемую «наложение», для улучшения чувствительности. Это позволило им измерить среднее содержание газа почти в 3000 галактиках, объединив их 21-сантиметровые сигналы.
«Наблюдения в рамках нашего исследования проводились около 5 лет назад, до модернизации GMRT в 2018 году. Перед обновлением мы использовали оригинальные приемники и цепь электроники GMRT, которые имели узкую полосу пропускания. Следовательно, мы могли охватить лишь ограниченное количество галактик; Вот почему наше текущее исследование охватывает 3000 галактик по сравнению с 8000 галактик нашего исследования 2020 года с более широкой полосой пропускания обновленного GMRT», — сказал Ниссим Канекар из NCRA-TIFR, соавтор исследования.
Барнали Дас, еще один доктор философии, студент NCRA-TIFR добавил: «Хотя у нас было меньше галактик, мы увеличили нашу чувствительность, проведя почти 400 часов наблюдений. Большой объем данных означал, что анализ занял много времени!»
Звездообразование в этих ранних галактиках настолько интенсивен, что они поглотят свой атомный газ всего за два миллиарда лет. И, если галактики не смогут накапливать больше газа, их активность звездообразования снизится и, наконец, прекратится», — сказал Чоудхури. «Таким образом, кажется вероятным, что причина уменьшения звездообразования во Вселенной заключается просто в том, что галактики не смогли пополнить свои газовые резервуары после некоторой эпохи, вероятно, из-за того, что в их среде было недостаточно газа.
«Воспроизводимость — основа науки! В прошлом году мы сообщили о первом измерении содержания атомного газа в таких далеких галактиках. Получив настоящий результат, используя совершенно другой набор приемников и электроники, мы получили два независимых измерения массы атомного газа в этих ранних галактиках. В это было трудно поверить, даже несколько лет назад!» — сказал Канекар.
К.С. Двараканатх из RRI, соавтор исследования, отметил: «Обнаружение 21-сантиметрового сигнала от далеких галактик было основной первоначальной целью GMRT и продолжает оставаться ключевым научным стимулом для создания еще более мощных телескопов, таких как квадратный километр. Множество. Эти результаты чрезвычайно важны для нашего понимания эволюции галактик».
