Uma imagem do sinal empilhado de 21 cm detectado com o GMRT atualizado, surgindo do gás hidrogênio atômico em galáxias a 22 bilhões de anos-luz de distância. Crédito:Chowdhury et al.
Uma equipe de astrônomos do National Center for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) em Pune, e o Raman Research Institute (RRI), em Bengaluru, usou o Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) atualizado para medir o conteúdo de hidrogênio atômico de galáxias vistas como eram há 8 bilhões de anos, quando o universo era jovem. Esta é a primeira época no universo para a qual existe uma medição do conteúdo de gás atômico das galáxias. Esta pesquisa foi publicada na edição de 14 de outubro de 2020 da revista Natureza .
As galáxias do universo são compostas principalmente de gás e estrelas, com gás sendo convertido em estrelas durante a vida de uma galáxia. Compreender as galáxias, portanto, requer que determinemos como as quantidades de gás e estrelas mudam com o tempo. Os astrônomos sabem há muito tempo que as galáxias formavam estrelas em uma taxa mais alta quando o universo era jovem do que hoje. A atividade de formação de estrelas em galáxias atingiu o pico cerca de 8-10 bilhões de anos atrás e tem diminuído continuamente até hoje. A causa desse declínio é desconhecida, principalmente porque não tivemos nenhuma informação sobre a quantidade de gás hidrogênio atômico, o combustível primário para a formação de estrelas, nas galáxias nos primeiros tempos.
"Nós temos, pela primeira vez, mediu o conteúdo de gás hidrogênio atômico de galáxias formadoras de estrelas cerca de 8 bilhões de anos atrás, usando o GMRT atualizado. Dada a intensa formação de estrelas nessas primeiras galáxias, seu gás atômico seria consumido pela formação de estrelas em apenas um ou dois bilhões de anos. E, se as galáxias não pudessem adquirir mais gás, sua atividade de formação de estrelas diminuiria, e finalmente cessar, "disse Aditya Chowdhury, um Ph.D. estudante da NCRA-TIFR e principal autor do estudo. "O declínio observado na atividade de formação de estrelas pode, portanto, ser explicado pela exaustão do hidrogênio atômico."
Uma antena GMRT à noite. Crédito:Rakesh Rao
A medição da massa atômica de hidrogênio de galáxias distantes foi feita usando o GMRT atualizado para pesquisar uma linha espectral no hidrogênio atômico. Ao contrário das estrelas que emitem luz fortemente em comprimentos de onda ópticos, o sinal de hidrogênio atômico encontra-se nos comprimentos de onda de rádio, em um comprimento de onda de 21 cm, e só pode ser detectado com radiotelescópios. Infelizmente, este sinal de 21 cm é muito fraco, e difícil de detectar de galáxias individuais distantes, mesmo com telescópios poderosos como o GMRT atualizado. Para superar essa limitação, a equipe usou uma técnica chamada "empilhamento" para combinar os sinais de 21 cm de quase 8, 000 galáxias que haviam sido identificadas anteriormente com telescópios ópticos. Este método mede o conteúdo médio de gás dessas galáxias.
K. S. Dwarakanath de RRI, um co-autor do estudo, mencionou "Usamos o GMRT em 2016, antes de sua atualização, para realizar um estudo semelhante. Contudo, a largura de banda estreita antes da atualização do GMRT significava que poderíamos cobrir apenas cerca de 850 galáxias em nossa análise, e, portanto, não foram sensíveis o suficiente para detectar o sinal. "" O grande salto em nossa sensibilidade se deve à atualização do GMRT em 2017, "disse Jayaram Chengalur, de NCRA-TIFR, um co-autor do artigo. "Os novos receptores de banda larga e eletrônicos nos permitiram usar 10 vezes mais galáxias na análise de empilhamento, dando sensibilidade suficiente para detectar o sinal médio fraco de 21 cm. "
