Un team di astronomi del Centro Nazionale di Radio Astrofisica (NCRA-TIFR) di Pune, e il Raman Research Institute (RRI), a Bangalore, ha utilizzato il Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) aggiornato per misurare il contenuto di idrogeno atomico delle galassie viste come erano 8 miliardi di anni fa, quando l'universo era giovane. Questa è la prima epoca nell'universo per la quale esiste una misurazione del contenuto di gas atomico delle galassie. Questa ricerca è stata pubblicata nel numero del 14 ottobre 2020 della rivista Natura .

Le galassie nell'universo sono costituite principalmente da gas e stelle, con il gas che viene convertito in stelle durante la vita di una galassia. Comprendere le galassie richiede quindi di determinare come le quantità di gas e stelle cambiano nel tempo. Gli astronomi sanno da tempo che le galassie formavano le stelle a un ritmo più elevato quando l'universo era giovane di quanto non facciano oggi. L'attività di formazione stellare nelle galassie ha raggiunto il picco circa 8-10 miliardi di anni fa ed è in costante declino fino ad oggi. La causa di questo declino è sconosciuta, soprattutto perché non abbiamo avuto informazioni sulla quantità di gas idrogeno atomico, il combustibile primario per la formazione stellare, nelle galassie in questi primi tempi.

"Abbiamo, per la prima volta, ha misurato il contenuto di idrogeno atomico delle galassie formatrici di stelle circa 8 miliardi di anni fa, utilizzando il GMRT aggiornato. Data l'intensa formazione stellare in queste prime galassie, il loro gas atomico verrebbe consumato dalla formazione stellare in appena uno o due miliardi di anni. E, se le galassie non potessero acquisire più gas, la loro attività di formazione stellare diminuirebbe, e finalmente cessa, " disse Aditya Chowdhury, un dottorato di ricerca studente presso NCRA-TIFR e l'autore principale dello studio. "Il declino osservato nell'attività di formazione stellare può quindi essere spiegato dall'esaurimento dell'idrogeno atomico".

La misurazione della massa dell'idrogeno atomico di galassie lontane è stata effettuata utilizzando il GMRT aggiornato per cercare una riga spettrale nell'idrogeno atomico. A differenza delle stelle che emettono forte luce a lunghezze d'onda ottiche, il segnale dell'idrogeno atomico risiede nelle lunghezze d'onda radio, ad una lunghezza d'onda di 21 cm, e può essere rilevato solo con i radiotelescopi. Sfortunatamente, questo segnale di 21 cm è molto debole, e difficile da rilevare da singole galassie lontane anche con potenti telescopi come il GMRT aggiornato. Per superare questo limite, il team ha utilizzato una tecnica chiamata "stacking" per combinare i segnali di 21 cm di quasi 8, 000 galassie che erano state precedentemente identificate con i telescopi ottici. Questo metodo misura il contenuto medio di gas di queste galassie.

K.S. Dwarakanath della RRI, coautore dello studio, menzionato "Avevamo usato il GMRT nel 2016, prima del suo aggiornamento, per effettuare uno studio simile. Però, la larghezza di banda stretta prima dell'aggiornamento GMRT significava che potevamo coprire solo circa 850 galassie nella nostra analisi, e quindi non erano abbastanza sensibili da rilevare il segnale." "Il grande salto nella nostra sensibilità è dovuto all'aggiornamento del GMRT nel 2017, " ha detto Jayaram Chengalur, di NCRA-TIFR, un coautore del documento. "I nuovi ricevitori a banda larga e l'elettronica ci hanno permesso di utilizzare 10 volte più galassie nell'analisi di stacking, dando una sensibilità sufficiente per rilevare il debole segnale medio di 21 cm."