Uma equipe de astrônomos do National Center for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) em Pune, e o Raman Research Institute (RRI), em Bangalore, usou o Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) para medir o conteúdo de gás hidrogênio atômico de galáxias há 9 bilhões de anos, no universo jovem. Esta é a primeira época no universo para a qual existe uma medição do conteúdo de hidrogênio atômico das galáxias. O novo resultado é uma confirmação crucial do resultado anterior do grupo, onde mediram o conteúdo de hidrogênio atômico de galáxias há 8 bilhões de anos, e empurra nossa compreensão das galáxias para ainda mais cedo no universo. A nova pesquisa foi publicada na edição de 2 de junho de 2021 da The Astrophysical Journal Letters .

Galáxias consistem principalmente de gás e estrelas, com novas estrelas se formando a partir do gás existente durante a vida de uma galáxia. As estrelas se formaram com muito mais frequência quando o universo era jovem do que hoje. Os astrônomos sabem há mais de duas décadas que a atividade de formação de estrelas nas galáxias atingiu seu ponto mais alto há cerca de 8 a 10 bilhões de anos, e diminuiu continuamente depois disso. Até recentemente, a causa deste declínio era desconhecida, principalmente porque não tivemos nenhuma informação sobre a quantidade de gás hidrogênio atômico, o principal combustível para a formação de estrelas, nas galáxias nesses primeiros tempos. Isso mudou no ano passado, quando uma equipe de astrônomos do NCRA e RRI, incluindo alguns dos autores do presente estudo, usou o GMRT atualizado para obter a primeira medição do conteúdo de gás hidrogênio atômico de galáxias há cerca de 8 bilhões de anos, quando a atividade de formação de estrelas do Universo começou a declinar. Eles descobriram que a causa provável para o declínio na formação de estrelas nas galáxias é que as galáxias estavam ficando sem combustível.

Aditya Chowdhury, um Ph.D. estudante da NCRA-TIFR, e o autor principal do novo estudo e do de 2020, disse, "Nossos novos resultados são para galáxias em tempos ainda mais antigos, mas ainda no final da época de máxima atividade de formação de estrelas. Descobrimos que as galáxias de 9 bilhões de anos atrás eram ricas em gás atômico, com quase três vezes mais massa no gás atômico do que nas estrelas. Isso é muito diferente das galáxias de hoje, como a Via Láctea, onde a massa do gás é quase dez vezes menor do que a massa das estrelas. "

A medição da massa do gás hidrogênio atômico foi feita usando o GMRT para pesquisar uma linha espectral no hidrogênio atômico, que só pode ser detectado com radiotelescópios. Infelizmente, este sinal de 21 cm é muito fraco, e, portanto, quase impossível de detectar em galáxias individuais a distâncias tão grandes, cerca de 30 bilhões de anos-luz de nós, mesmo com telescópios poderosos como o GMRT. A equipe, portanto, usou uma técnica chamada 'empilhamento' para melhorar a sensibilidade. Isso permitiu que eles medissem o conteúdo médio de gás de quase 3, 000 galáxias, combinando seus sinais de 21 cm.

"As observações do nosso estudo foram realizadas há cerca de 5 anos, antes da atualização do GMRT em 2018. Usamos os receptores originais e a cadeia de eletrônicos do GMRT antes de sua atualização, que tinha uma largura de banda estreita. Portanto, poderíamos cobrir apenas um número limitado de galáxias; é por isso que nosso estudo atual cobre 3.000 galáxias, em comparação com os 8, 000 galáxias do nosso estudo de 2020 com a maior largura de banda do GMR atualizado, "disse Nissim Kanekar da NCRA-TIFR, um co-autor do estudo.

Barnali Das, outro Ph.D. estudante do NCRA-TIFR, adicionado, "Embora tivéssemos menos galáxias, aumentamos nossa sensibilidade observando por mais tempo, com quase 400 horas de observações. O grande volume de dados significava que a análise demorava muito. "

"A formação de estrelas nessas primeiras galáxias é tão intensa que elas consumiriam seu gás atômico em apenas dois bilhões de anos. E, se as galáxias não pudessem adquirir mais gás, sua atividade de formação de estrelas diminuiria, e finalmente cessar. ", disse Chowdhury. "Portanto, parece provável que a causa do declínio da formação de estrelas no Universo seja simplesmente que as galáxias não foram capazes de reabastecer seus reservatórios de gás após alguma época, provavelmente porque não havia gás suficiente disponível em seus ambientes. "

"A reprodutibilidade é fundamental para a ciência! No ano passado, relatamos a primeira medição do conteúdo de gás atômico nessas galáxias distantes. Com o presente resultado, usando um conjunto completamente diferente de receptores e eletrônicos, agora temos duas medições independentes da massa do gás atômico nessas galáxias primitivas. Isso teria sido difícil de acreditar, mesmo alguns anos atrás, "disse Kanekar.

K. S. Dwarakanath de RRI, um co-autor do estudo, mencionou "Detectar o sinal de 21 cm de galáxias distantes era o principal objetivo original do GMRT, e continua a ser um condutor científico chave para a construção de telescópios ainda mais poderosos, como o Square Kilometer Array. Esses resultados são extremamente importantes para a nossa compreensão da evolução da galáxia. "