Рекордное обнаружение радиосигнала атомарного водорода в очень далекой галактике

Астрономы из Университета Макгилла в Канаде и Индийского института науки (IISc) в Бангалоре использовали данные Гигантского радиотелескопа метровых волн (GMRT) в Пуне для обнаружения радиосигнала, исходящего от атомарного водорода в очень далекой галактике. Астрономическое расстояние, на котором был уловлен такой сигнал, является самым большим на сегодняшний день с большим отрывом. Это также первое подтвержденное обнаружение сильного линзирования 21-сантиметрового излучения галактики. Выводы были опубликованы в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.

Атомарный водород является основным топливом, необходимым для звездообразования в галактике. Когда горячий ионизированный газ из окружающей среды галактики падает на галактику, газ охлаждается и образует атомарный водород, который затем становится молекулярный водород, и в конечном итоге приводит к образованию звезд. Поэтому для понимания эволюции галактик в космическом времени необходимо проследить эволюцию нейтрального газа в разные космологические эпохи.

Атомарный водород испускает радиоволны с длиной волны 21 см, которые можно обнаружить с помощью низкочастотных радиотелескопов, таких как GMRT. Таким образом, эмиссия 21 см является прямым индикатором содержания атомарного газа как в близких, так и в далеких галактиках. Однако этот радиосигнал чрезвычайно слаб, и почти невозможно обнаружить излучение далекой галактики с помощью современных телескопов из-за их ограниченной чувствительности.

До сих пор самая далекая галактика, обнаруженная с использованием излучения 21 см, имела красное смещение z = 0,376, что соответствует времени ретроспективного анализа — времени, прошедшему между обнаружением сигнала и его первоначальным излучением — 4,1 миллиарда лет. (Красное смещение представляет собой изменение длины волны сигнала в зависимости от местоположения и движения объекта; большее значение z указывает на более дальний объект.)

Используя данные GMRT, Арнаб Чакраборти, научный сотрудник физического факультета и космического института Тротье Университета Макгилла, и Нирупам Рой, доцент физического факультета IISc, обнаружили радиосигнал из атомарного водорода в далекой галактике на красном смещении z=1,29.

«Из-за огромного расстояния до галактики эмиссионная линия длиной 21 см сместилась в красную сторону до 48 см к тому времени, когда сигнал прошел от источника к телескопу», — говорит Чакраборти. Сигнал, обнаруженный командой, исходил из этой галактики, когда Вселенной было всего 4,9 миллиарда лет; другими словами, ретроспективное время для этого источника составляет 8,8 миллиарда лет.

Это обнаружение стало возможным благодаря явлению, называемому гравитационное линзированиев котором свет, излучаемый источником, искривляется из-за присутствия другого массивного тела, такого как ранний тип эллиптическая галактика, между целевой галактикой и наблюдателем, что фактически приводит к «усилению» сигнала. «В этом конкретном случае увеличение сигнала было примерно в 30 раз, что позволило нам видеть вселенную с большим красным смещением», — объясняет Рой.

Группа также заметила, что атомарный водород масса этой конкретной галактики почти в два раза превышает ее звездную массу. Эти результаты демонстрируют возможность наблюдения атомарного газа из галактик на космологических расстояниях в системах с аналогичными линзами при небольшом времени наблюдения. Это также открывает захватывающие новые возможности для исследования космической эволюции нейтрального газа с помощью существующих и будущих низкочастотных радиотелескопов в ближайшем будущем.

Яшвант Гупта, директор центра NCRA, сказал: «Обнаружение нейтрального водорода в выбросах из далекой Вселенной является чрезвычайно сложной задачей и было одной из ключевых научных целей GMRT. Мы довольны этим новым новаторским результатом с GMRT и надеемся, что то же самое может быть подтверждено и улучшено в будущем».