Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но форма, которую он принимает и место его обнаружения, могут многое рассказать нам о Вселенной. Ученые из Университета Макгилла в Канаде и Индийского института науки (IISc) в Бангалоре сделали важное открытие, они обнаружили атомарный водород в самой отдаленной галактике на данный момент. Открытие было сделано в обсерватории Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), которая расположена в Индии.

Атомарный водород излучает радиоволны с длиной 21 см. Этот сигнал можно обнаружить по всей Вселенной, включая некоторые очень отдаленные галактики. До сих пор рекорд обнаружения атомарного водорода составлял 4,1 миллиарда световых лет (красное смещение z = 0,376). Индийско-канадская команда превзошла это рекорд более чем вдвое до 8,8 миллиардов световых лет. Это означает, что радиоволны, обнаруженные обсерваторией GMRT, были выпущены, когда Вселенной было всего 4,9 миллиарда лет.

Водород является топливом для звездообразования, и из водорода в конечном итоге во Вселенной образуются все остальные элементы периодической таблицы. Согласно заявлению Индийского института науки, отслеживание эволюции нейтрального газа в разные космологические эпохи имеет важное значение для понимания эволюции галактик. Существует гипотеза, что процесс звездообразования начинается с горячего ионизированного газа вокруг молодой галактики. Когда эти облака газа попадают в галактику, они охлаждаются и становятся атомарным водородом (он же нейтральный водород). Потом он преобразуется в молекулярный водород, который представляет собой два атома водорода, связанных вместе. Именно этот материал сливается в новые звезды.

Обычно 21-сантиметровый сигнал слишком слаб, чтобы обнаружить его на расстоянии более 8 миллиардов световых лет, но команда смогла использовать явление, известное как гравитационное линзирование, чтобы расширить радиус действия гигантского радиотелескопа Metrewave. Эффект гравитации вокруг массивного объекта, такого как галактика, может усиливать свет, как это делает линза телескопа. В данном случае астрономы смогли обнаружить 21-сантиметровый сигнал, который из-за красного смещения z=1,29 составлял 48 см к тому времени, когда он достиг Земли. По их оценкам, гравитационная линза усилила сигнал в 30 раз. Данные также показывают, что масса атомарного водорода этой далекой галактики вдвое превышает ее звездную массу.

Команда считает, что это только начало дистанционного обнаружения водорода. Будущие низкочастотные телескопы смогут обеспечить аналогичные обнаружения без гравитационного линзирования, что поможет подтвердить и улучшить данные GMRT и рассказать нам больше о ранней Вселенной.