Un equipo de astrónomos del Centro Nacional de Radioastrofísica (NCRA-TIFR) en Pune, y el Instituto de Investigación Raman (RRI), en Bangalore, ha utilizado el radiotelescopio Giant Metrewave (GMRT) para medir el contenido de gas hidrógeno atómico de las galaxias hace 9 mil millones de años, en el universo joven. Esta es la época más antigua del universo para la que existe una medida del contenido de hidrógeno atómico de las galaxias. El nuevo resultado es una confirmación crucial del resultado anterior del grupo, donde habían medido el contenido de hidrógeno atómico de las galaxias hace 8 mil millones de años, y lleva nuestra comprensión de las galaxias incluso antes en el universo. La nueva investigación se publica en la edición del 2 de junio de 2021 de Las cartas del diario astrofísico .

Las galaxias consisten principalmente en gas y estrellas, con nuevas estrellas que se forman a partir del gas existente durante la vida de una galaxia. Las estrellas se formaron con mucha más frecuencia cuando el universo era joven que en la actualidad. Los astrónomos han sabido durante más de dos décadas que la actividad de formación de estrellas en las galaxias estaba en su punto más alto hace unos 8-10 mil millones de años. y ha disminuido constantemente a partir de entonces. Hasta hace poco, se desconocía la causa de este declive, principalmente porque no hemos tenido información sobre la cantidad de gas hidrógeno atómico, el principal combustible para la formación de estrellas, en las galaxias en estos primeros tiempos. Esto cambió el año pasado cuando un equipo de astrónomos de NCRA y RRI, incluyendo algunos de los autores del presente estudio, utilizó el GMRT mejorado para obtener la primera medición del contenido de gas hidrógeno atómico de las galaxias hace unos 8 mil millones de años, cuando la actividad de formación de estrellas del Universo comenzó a declinar. Descubrieron que la causa probable de la disminución de la formación de estrellas en las galaxias es que las galaxias se estaban quedando sin combustible.

Aditya Chowdhury, un doctorado estudiante en NCRA-TIFR, y el autor principal tanto del nuevo estudio como del de 2020, dijo, "Nuestros nuevos resultados son para galaxias incluso en épocas anteriores, pero aún hacia el final de la época de máxima actividad de formación estelar. Encontramos que las galaxias de hace 9 mil millones de años eran ricas en gas atómico, con casi tres veces más masa en gas atómico que en estrellas. Esto es muy diferente de las galaxias actuales como la Vía Láctea, donde la masa del gas es casi diez veces menor que la masa de las estrellas ".

La medición de la masa de gas de hidrógeno atómico se realizó utilizando el GMRT para buscar una línea espectral en el hidrógeno atómico, que solo se puede detectar con radiotelescopios. Desafortunadamente, esta señal de 21 cm es muy débil, y por lo tanto casi imposible de detectar de galaxias individuales a distancias tan grandes, a unos 30 mil millones de años luz de nosotros, incluso con telescopios potentes como el GMRT. Por lo tanto, el equipo utilizó una técnica llamada "apilamiento" para mejorar la sensibilidad. Esto les permitió medir el contenido promedio de gas de casi 3, 000 galaxias, combinando sus señales de 21 cm.

"Las observaciones de nuestro estudio se llevaron a cabo hace unos 5 años, antes de que se actualizara el GMRT en 2018. Utilizamos los receptores originales y la cadena electrónica del GMRT antes de su actualización, que tenía un ancho de banda estrecho. Por tanto, podríamos cubrir sólo un número limitado de galaxias; es por eso que nuestro estudio actual cubre 3000 galaxias, comparado con el 8, 000 galaxias de nuestro estudio de 2020 con el ancho de banda más amplio del GMR actualizado, "dijo Nissim Kanekar de NCRA-TIFR, coautor del estudio.

Barnali Das, otro Ph.D. estudiante de NCRA-TIFR, adicional, "Aunque teníamos menos galaxias, aumentamos nuestra sensibilidad al observar durante más tiempo, con casi 400 horas de observaciones. El gran volumen de datos significó que el análisis llevó mucho tiempo ".

"La formación de estrellas en estas primeras galaxias es tan intensa que consumirían su gas atómico en solo dos mil millones de años. Y, si las galaxias no pudieran adquirir más gas, su actividad de formación estelar disminuiría, y finalmente cesar. ", dijo Chowdhury. "Por lo tanto, parece probable que la causa de la formación estelar en declive en el Universo sea simplemente que las galaxias no pudieron reponer sus depósitos de gas después de una época, probablemente porque no había suficiente gas disponible en sus entornos ".

"¡La reproducibilidad es fundamental para la ciencia! El año pasado, informamos de la primera medición del contenido de gas atómico en galaxias tan distantes. Con el presente resultado, utilizando un conjunto de receptores y electrónica completamente diferente, ahora tenemos dos medidas independientes de la masa del gas atómico en estas primeras galaxias. Esto hubiera sido difícil de creer incluso hace unos años, "dijo Kanekar.

K. S. Dwarakanath de RRI, un coautor del estudio, mencionó "La detección de la señal de 21 cm de galaxias distantes era el principal objetivo original del GMRT, y sigue siendo un impulsor científico clave para la construcción de telescopios aún más potentes como el Square Kilometer Array. Estos resultados son extremadamente importantes para nuestra comprensión de la evolución de las galaxias ".