一组从国家射电天体物理中心的天文学家在浦那(NCRA-TIFR)和拉曼研究所(RRI),在班加罗尔,用升级后的巨大的米波射电望远镜(GMRT)测量星系的原子氢含量视为他们80亿年前,当宇宙。这是宇宙中最早可以测量星系原子气体含量的时期。这项研究发表在2020年10月14日的《自然》杂志上。

 

宇宙中的星系主要由气体和恒星组成，在星系的生命周期中，气体会转化为恒星。因此，了解星系需要我们确定气体和恒星的数量如何随时间变化。天文学家早就知道，在宇宙年轻的时候，星系形成恒星的速率比现在要高。星系中的恒星形成活动大约在80 - 100亿年前达到顶峰，杏耀主管直到今天一直在稳步下降。这种下降的原因尚不清楚，主要是因为我们不了解早期星系中氢原子气体的数量，而氢原子气体是恒星形成的主要燃料。

 

“大约80亿年前，我们第一次使用升级后的GMRT测量了恒星形成星系的氢原子气体含量。考虑到这些早期星系中剧烈的恒星形成，它们的原子气体将在一二十亿年内被恒星形成所消耗。而且，如果星系不能获得更多的气体，它们的恒星形成活动就会减弱，并最终停止。”“因此， 杏耀的体会 ，观察到的恒星形成活动的下降可以用氢原子的耗尽来解释。”

 

遥远星系的原子氢质量的测量是通过使用升级的GMRT来寻找原子氢的谱线来完成的。与恒星发出强烈的光学波长的光不同，氢原子信号存在于波长为21厘米的射电波长中，只能用射电望远镜探测到。不幸的是，这个21厘米的信号非常微弱，即使使用像升级后的GMRT这样的强大望远镜，也很难从遥远的单个星系中探测到。为了克服这一限制，研究小组使用了一种名为“叠加”的技术，将早前用光学望远镜观测到的近8000个星系的21厘米信号组合起来。这种方法测量了这些星系的平均气体含量。

 

该研究的合著者、RRI的K. S. Dwarakanath提到:“2016年，在GMRT升级之前，杏耀平台总代理我们曾使用过它，进行过类似的研究。然而，GMRT升级之前的窄幅带宽意味着，在我们的分析中，我们只能覆盖大约850个星系，因此不足以探测到信号。”该论文的合著者、NCRA-TIFR的Jayaram Chengalur表示:“我们的敏感性大幅跃升是由于2017年GMRT的升级。”“新的宽频带接收器和电子设备允许我们在叠加分析中使用10倍以上的星系，给予足够的灵敏度来探测平均21厘米的微弱信号。”