Ett team av astronomer från National Center for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) i Pune, och Raman Research Institute (RRI), i Bengaluru, har använt det uppgraderade Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) för att mäta atomärt väteinnehåll i galaxer som sågs som de var för 8 miljarder år sedan, när universum var ungt. Detta är den tidigaste epok i universum för vilken det finns en mätning av atomgasinnehållet i galaxer. Denna forskning har publicerats i 14 oktober 2020-numret av tidskriften Natur .

Galaxer i universum består till största delen av gas och stjärnor, med gas som omvandlas till stjärnor under en galaxs liv. Att förstå galaxer kräver alltså att vi avgör hur mängderna av både gas och stjärnor förändras med tiden. Astronomer har länge vetat att galaxer bildade stjärnor i en högre takt när universum var ungt än vad de gör idag. Stjärnbildningsaktiviteten i galaxer nådde en topp för cirka 8-10 miljarder år sedan och har sjunkit stadigt fram till idag. Orsaken till denna nedgång är okänd, mest för att vi inte har haft någon information om mängden atomär vätgas, det primära bränslet för stjärnbildning, i galaxer i dessa tidiga tider.

"Vi har, för första gången, mätte atomär vätgashalt i stjärnbildande galaxer för cirka 8 miljarder år sedan, med den uppgraderade GMRT. Med tanke på den intensiva stjärnbildningen i dessa tidiga galaxer, deras atomgas skulle förbrukas av stjärnbildning på bara en eller två miljarder år. Och, om galaxerna inte kunde få mer gas, deras stjärnbildningsaktivitet skulle minska, och slutligen upphöra, " sa Aditya Chowdhury, en Ph.D. student vid NCRA-TIFR och huvudförfattaren till studien. "Den observerade nedgången i stjärnbildningsaktivitet kan således förklaras av utmattningen av det atomära vätet."

Mätningen av den atomära vätemassan i avlägsna galaxer gjordes genom att använda den uppgraderade GMRT för att söka efter en spektrallinje i atomärt väte. Till skillnad från stjärnor som avger starkt ljus vid optiska våglängder, den atomära vätesignalen ligger i radiovåglängderna, vid en våglängd av 21 cm, och kan endast detekteras med radioteleskop. Tyvärr, denna 21 cm-signal är mycket svag, och svår att upptäcka från avlägsna enskilda galaxer även med kraftfulla teleskop som den uppgraderade GMRT. För att övervinna denna begränsning, teamet använde en teknik som kallas "stacking" för att kombinera 21 cm-signalerna på nästan 8, 000 galaxer som tidigare hade identifierats med optiska teleskop. Denna metod mäter det genomsnittliga gasinnehållet i dessa galaxer.

K.S. Dwarakanath från RRI, en medförfattare till studien, nämnde "Vi hade använt GMRT 2016, före uppgraderingen, att genomföra en liknande studie. Dock, den smala bandbredden innan GMRT-uppgraderingen innebar att vi bara kunde täcka runt 850 galaxer i vår analys, och var därför inte tillräckligt känsliga för att upptäcka signalen." "Det stora steget i vår känslighet beror på uppgraderingen av GMRT 2017, sa Jayaram Chengalur, från NCRA-TIFR, en medförfattare till tidningen. "De nya bredbandsmottagarna och elektroniken gjorde det möjligt för oss att använda 10 gånger fler galaxer i staplingsanalysen, ger tillräcklig känslighet för att detektera den svaga genomsnittliga 21 cm-signalen."