Астрономы обнаружили радиосигнал атомарного водорода на рекордном расстоянии
Астрономы из Университета Макгилла в Канаде и Индийского института науки (IISc) в Бангалоре использовали данные радиотелескопа GMRT 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.
Атомарный водород является основным топливом, необходимым для звездообразования в галактике. Когда горячий ионизированный газ из окружающей среды галактики падает в галактику, газ охлаждается и образует атомарный водород, который затем становится молекулярным водородом, что 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 излучает радиоволны с длиной волны 21 см, которые можно обнаружить с помощью низкочастотных радиотелескопов, таких как GMRT.
Таким образом, сигнал 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, астрономы обнаружили радиосигнал от атомарного водорода в далекой галактике с красным смещением 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», — говорят ученые. Сигнал, обнаруженный командой, исходил из галактики, когда Вселенной было всего 4,9 миллиарда лет; другими словами, ретроспективное время для этого источника составляет 8,8 миллиарда лет.
Обнаружение стало возможным благодаря явлению, называемому гравитационным линзированием, при котором свет, излучаемый источником, искривляется из-за присутствия другого массивного тела, такого как эллиптическая галактика раннего типа, 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», — объясняют исследователи.
Они также заметили, что масса атомарного водорода в наблюдаемой галактике почти вдвое превышает ее звездную массу. 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 планируемых низкочастотных радиотелескопов в ближайшем будущем.
Исследование было опубликовано в MNRAS.