Астрономи з Університету Макгілла (Канада) та Індійського наукового інституту (Indian Institute of Science, IISc) в Бенгалуру використали дані Гігантського радіотелескопа метрових хвиль (Giant Meterwave Radio Telescope, GMRT), який міститься поблизу Пуни (Індія), щоб виявити радіосигнал від атомарного водню з надзвичайно далекої галактики. Астрономічна відстань, на якій було вловлено сигнал такого типу, є найбільшою натепер із великим відривом. Це також перше підтверджене виявлення випромінювання на довжині хвилі 21 см завдяки сильному гравітаційному лінзуванню. Результати дослідження оприлюднені в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства»).
Атомарний водень — основне паливо, потрібне для утворення зір у галактиці. Коли гарячий іонізований газ із навколишнього середовища падає на галактику, газ охолоджується і утворюється атомарний водень. Далі з нього виникає молекулярний водень, що зрештою і стає сировиною для утворення зір. Тому для розуміння еволюції галактик протягом космічного часу треба відстежувати еволюцію нейтрального газу в різні космологічні епохи.
Атомарний водень випромінює на довжині хвилі 21 см, яку можна виявити за допомогою низькочастотних радіотелескопів, таких як GMRT. Отже, це випромінювання є прямим індикатором вмісту атомарного газу як у близьких, так і в далеких галактиках. Однак цей радіосигнал надзвичайно слабкий, і виявити випромінювання далекої галактики за допомогою сучасних телескопів майже неможливо через їхню обмежену чутливість.
Досі найдальша галактика, виявлена за допомогою випромінювання на довжині хвилі 21 см, мала червоне зміщення z = 0,376, що відповідає часу спостереження — часу, що минув між виявленням сигналу та моментом його випромінювання, — 4,1 мільярда років. (Червоне зміщення — це зміна довжини хвилі сигналу залежно від розташування та руху об’єкта; вище значення z вказує на більшу віддаленість об’єкта.)
Використовуючи дані GMRT, Арнаб Чакраборті (Arnab Chakraborty), докторант кафедри фізики та Космічного інституту Тротьє Університету Макгілла, і Нірупам Рой (Nirupam Roy), доцент кафедри фізики IISc виявили радіосигнал від атомарного водню в далекій галактиці на червоному зміщенні z = 1,29.
Зображення сигналу атомарного водню (ліворуч), спектр детектування і гравітаційна лінза (праворуч). Авторські права на зображення ліворуч і в центрі — Chakraborty & Roy, GMRT/NCRA-TIFR, а праворуч — ESA/NASA HST та eHST/STScI/CADC. Фото з сайту https://phys.org.
«Через величезну відстань до галактики, за той час, що сигнал пройшов від джерела до телескопа, емісійна лінія довжиною 21 см змістилася до 48 см», — сказав Чакраборті. Сигнал, виявлений науковцями, вийшов з галактики, коли Всесвіту було лише 4,9 мільярда років; іншими словами, спостережний час для цього джерела становить 8,8 мільярдів років тому.
Сигнал зареєстрували завдяки явищу, яке називається гравітаційним лінзуванням. Йогог суть в тому, що випромінювання від джерела заломлюється через присутність іншого масивного тіла, такого як еліптична галактика раннього типу. Це тіло лежить між об’єктом спостережень та спостерігачем і спричиняє до «збільшення» сигналу. «У цьому конкретному випадку збільшення сигналу було приблизно в 30 разів, що дозволило нам побачити Всесвіт із високим червоним зміщенням», — пояснив Рой.
Наукова група також помітила, що маса атомарного водню цієї конкретної галактики майже вдвічі перевищує сукупну масу її зір. Ці результати вказують на доцільність відносно коротких в часі спостережень атомарного газу в галактиках на космологічних відстанях із використанням сильних гравітаційних лінз. Це також відкриває захопливі нові можливості для дослідження найближчим часом космічної еволюції нейтрального газу за допомогою наявних і майбутніх низькочастотних радіотелескопів.
Яшвант Ґупта (Yashwant Gupta), директор Національного центру радіоастрофізики (National Centre for Radio Astrophysics, NCRA) Інституту фундаментальних досліджень Тата в Індії, сказав: «Виявлення нейтрального водню у випромінюванні далекого Всесвіту є надзвичайно складним завданням і є однією з основних наукових цілей GMRT. Ми задоволені цим новим результатом GMRT і сподіваємось, що те саме можна підтвердити та вдосконалити в майбутньому».
За інф. з сайту https://phys.org
