Astrônomos da McGill University no Canadá e do Indian Institute of Science (IISc) em Bengaluru usaram dados do Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) em Pune para detectar um sinal de rádio originário do hidrogênio atômico em uma galáxia extremamente distante. A distância astronômica em que tal sinal foi captado é a maior até agora por uma grande margem. Esta é também a primeira detecção confirmada de lentes fortes de emissão de 21 cm de uma galáxia. As descobertas foram publicadas no Monthly Notices da Royal Astronomical Society .

O hidrogênio atômico é o combustível básico necessário para a formação de estrelas em uma galáxia. Quando o gás ionizado quente do meio circundante de uma galáxia cai na galáxia, o gás esfria e forma hidrogênio atômico, que então se torna hidrogênio molecular e, eventualmente, leva à formação de estrelas. Portanto, entender a evolução das galáxias ao longo do tempo cósmico requer rastrear a evolução do gás neutro em diferentes épocas cosmológicas.

O hidrogênio atômico emite ondas de rádio de 21 cm de comprimento de onda, que podem ser detectadas usando radiotelescópios de baixa frequência como o GMRT. Assim, a emissão de 21 cm é um traçador direto do conteúdo de gás atômico em galáxias próximas e distantes. No entanto, este sinal de rádio é extremamente fraco e é quase impossível detectar a emissão de uma galáxia distante usando telescópios atuais devido à sua sensibilidade limitada.

Até agora, a galáxia mais distante detectada usando a emissão de 21 cm estava no desvio para o vermelho z=0,376, o que corresponde a um tempo de retrospectiva – o tempo decorrido entre a detecção do sinal e sua emissão original – de 4,1 bilhões de anos. (O redshift representa a mudança no comprimento de onda do sinal dependendo da localização e movimento do objeto; um valor maior de z indica um objeto mais distante.)

Usando dados GMRT, Arnab Chakraborty, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física e Trottier Space Institute da Universidade McGill, e Nirupam Roy, Professor Associado, Departamento de Física, IISc detectaram um sinal de rádio do hidrogênio atômico em uma galáxia distante em redshift z = 1.29.

"Devido à imensa distância da galáxia, a linha de emissão de 21 cm havia se deslocado para o vermelho para 48 cm no momento em que o sinal viajou da fonte para o telescópio", diz Chakraborty. O sinal detectado pela equipe foi emitido desta galáxia quando o universo tinha apenas 4,9 bilhões de anos; em outras palavras, o tempo de retrospectiva dessa fonte é de 8,8 bilhões de anos.

Essa detecção foi possibilitada por um fenômeno chamado lente gravitacional , no qual a luz emitida pela fonte é desviada devido à presença de outro corpo massivo, como uma galáxia elíptica do tipo inicial , entre a galáxia alvo e o observador, resultando efetivamente em a "ampliação" do sinal. "Neste caso específico, a ampliação do sinal foi de cerca de um fator de 30, permitindo-nos ver através do universo de alto desvio para o vermelho," explica Roy.

A equipe também observou que a massa atômica de hidrogênio dessa galáxia em particular é quase duas vezes maior que a massa estelar. Esses resultados demonstram a viabilidade de observar gás atômico de galáxias a distâncias cosmológicas em sistemas de lentes semelhantes com uma quantidade modesta de tempo de observação. Também abre novas e empolgantes possibilidades para sondar a evolução cósmica do gás neutro com os radiotelescópios de baixa frequência existentes e futuros em um futuro próximo.

Yashwant Gupta, diretor do centro do NCRA, disse: "Detectar hidrogênio neutro na emissão do Universo distante é extremamente desafiador e tem sido um dos principais objetivos científicos do GMRT. Estamos felizes com este novo resultado inovador com o GMRT e esperamos que o mesmo possa ser confirmado e melhorado no futuro."