塔塔基础研究所 升级后的GMRT探测到的堆积21厘米信号图像，来自220亿光年外星系中的原子氢气
信用:乔杜里等
来自位于浦那的国家射电天体物理中心(NCRA-TIFR)和位于孟加拉鲁的拉曼研究所(RRI)的一组天文学家已经使用升级的巨型梅特罗瓦射电望远镜(GMRT)测量了80亿年前宇宙年轻时星系中的氢原子含量
这是宇宙中最早测量星系中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，气体在星系的生命过程中被转化为恒星
因此，了解星系需要我们确定气体和恒星的数量是如何随时间变化的
天文学家早就知道，当宇宙年轻时，星系形成恒星的速度比现在快
星系中的恒星形成活动在大约80-100亿年前达到顶峰，直到今天一直在稳步下降
这种下降的原因尚不清楚，主要是因为我们没有关于早期星系中形成恒星的主要燃料——原子氢气数量的信息
“我们首次使用升级后的GMRT测量了大约80亿年前恒星形成星系的原子氢气含量
鉴于这些早期星系中强烈的恒星形成，它们的原子气体将在仅仅10亿或20亿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将会下降，并最终停止
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NCRA-TIFR大学的学生和这项研究的主要作者
“观测到的恒星形成活动的下降可以用原子氢的耗尽来解释
" 夜晚的GMRT天线
信用:拉克什·拉奥 遥远星系的氢原子质量的测量是通过使用升级的GMRT在氢原子中寻找谱线来完成的
与在光波长下强烈发光的恒星不同，氢原子的信号位于无线电波中，波长为21厘米，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这样强大的望远镜，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叫做“叠加”的技术，将之前用光学望远镜识别的近8000个星系的21厘米信号结合起来
这种方法测量这些星系的平均气体含量
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该研究的合著者之一、RRI的德瓦拉卡纳特提到，“在GMRT升级之前，我们曾在2016年使用它进行过类似的研究
然而，GMRT升级前的窄带宽意味着我们在分析中只能覆盖大约850个星系，因此不够灵敏，无法探测到信号
“我们敏感度的大幅提升是由于2017年GMRT的升级，”该论文的合著者、NCRA-TIFR的贾亚兰·程阿鲁说
“新的宽带接收器和电子设备使我们能够在叠加分析中使用10倍多的星系，从而提供足够的灵敏度来探测平均21厘米的微弱信号
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