Een team van astronomen van het National Center for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) in Pune, en het Raman Onderzoeksinstituut (RRI), in Bangalore, heeft de verbeterde Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) gebruikt om het atomaire waterstofgehalte van sterrenstelsels te meten zoals ze 8 miljard jaar geleden waren, toen het universum nog jong was. Dit is het vroegste tijdperk in het heelal waarvoor er een meting is van het atomaire gasgehalte van sterrenstelsels. Dit onderzoek is gepubliceerd in het nummer van het tijdschrift van 14 oktober 2020 Natuur .

Sterrenstelsels in het heelal bestaan ​​voornamelijk uit gas en sterren, waarbij gas wordt omgezet in sterren tijdens het leven van een melkwegstelsel. Om sterrenstelsels te begrijpen, moeten we dus bepalen hoe de hoeveelheden gas en sterren in de loop van de tijd veranderen. Astronomen weten al lang dat sterrenstelsels in een jong heelal in een hoger tempo sterren vormden dan nu het geval is. De stervormingsactiviteit in sterrenstelsels bereikte een piek van ongeveer 8-10 miljard jaar geleden en is tot op de dag van vandaag gestaag afgenomen. De oorzaak van deze daling is onbekend, vooral omdat we geen informatie hebben over de hoeveelheid atomair waterstofgas, de primaire brandstof voor stervorming, in sterrenstelsels in deze vroege tijden.

"Wij hebben, Voor de eerste keer, heeft ongeveer 8 miljard jaar geleden het atomaire waterstofgasgehalte van stervormende sterrenstelsels gemeten, met behulp van de verbeterde GMRT. Gezien de intense stervorming in deze vroege sterrenstelsels, hun atoomgas zou in slechts één of twee miljard jaar door stervorming worden verbruikt. En, als de sterrenstelsels niet meer gas zouden kunnen verwerven, hun stervormingsactiviteit zou afnemen, en eindelijk ophouden, " zei Aditya Chowdhury, een doctoraat student aan NCRA-TIFR en de hoofdauteur van de studie. "De waargenomen afname van de activiteit van stervorming kan dus worden verklaard door de uitputting van de atomaire waterstof."

De meting van de atomaire waterstofmassa van verre sterrenstelsels werd gedaan met behulp van de verbeterde GMRT om te zoeken naar een spectraallijn in atomaire waterstof. In tegenstelling tot sterren die sterk licht uitzenden bij optische golflengten, het atomaire waterstofsignaal ligt in de radiogolflengten, bij een golflengte van 21 cm, en kan alleen worden gedetecteerd met radiotelescopen. Helaas, dit 21 cm signaal is erg zwak, en moeilijk te detecteren vanuit verre individuele sterrenstelsels, zelfs met krachtige telescopen zoals de verbeterde GMRT. Om deze beperking te overwinnen, het team gebruikte een techniek genaamd "stapelen" om de 21 cm-signalen van bijna 8 te combineren, 000 sterrenstelsels die eerder waren geïdentificeerd met optische telescopen. Deze methode meet het gemiddelde gasgehalte van deze sterrenstelsels.

KS Dwarakanath van RRI, een co-auteur van de studie, vermeld:"We hadden de GMRT in 2016 gebruikt, vóór de upgrade, om een ​​soortgelijk onderzoek uit te voeren. Echter, de smalle bandbreedte vóór de GMRT-upgrade betekende dat we in onze analyse slechts ongeveer 850 sterrenstelsels konden dekken, en waren daarom niet gevoelig genoeg om het signaal te detecteren." "De grote sprong in onze gevoeligheid is te wijten aan de upgrade van de GMRT in 2017, " zei Jayaram Chengalur, van NCRA-TIFR, een co-auteur van het artikel. "Door de nieuwe breedbandontvangers en elektronica konden we 10 keer meer sterrenstelsels gebruiken in de stapelanalyse, voldoende gevoeligheid geven om het zwakke gemiddelde signaal van 21 cm te detecteren."