A search for HI absorption in distant star-forming galaxies with ASKAP-FLASH - II. Direct observations and stacking of 21 cm line
Utilizzando ASKAP-FLASH, questo studio riporta una nuova rilevazione di assorbimento HI a 21 cm in una galassia radio a z=0,863 e presenta segnali di stacking provvisori per le galassie star-forming associate dipendenti dalla luminosità della sorgente e dai fattori di copertura, pur non riscontrando alcuna differenza significativa nei tassi di assorbimento tra sorgenti star-forming e sorgenti radio generiche tra 0,4 < z < 1,0.
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Immaginate l'universo come un vasto oceano cosmico. La maggior parte dell'acqua in questo oceano non è liquida; è una nebbia fredda e invisibile chiamata gas di idrogeno neutro. Questo gas è la materia prima, l'argilla che le galassie usano per costruire nuove stelle. Senza un approvvigionamento costante di questo gas, la fabbrica di produzione stellare di una galassia finirebbe per esaurire il carburante e spegnersi. Gli astronomi sanno da tempo come trovare questo gas nel nostro vicinato, l'universo "locale", ascoltando un debole sussurro radio noto come linea dei 21 cm. È come sentire una nota specifica suonata da un violoncello in una stanza silenziosa.
Tuttavia, mentre guardiamo più lontano nell'universo, stiamo anche guardando indietro nel tempo. Più lontana è una galassia, più debole diventa il suo sussurro radio, rendendolo quasi impossibile da sentire direttamente. Per risolvere questo problema, gli astronomi usano un trucco astuto: cercano le ombre. Se un luminoso faro radio distante (come un faro di un porto) brilla attraverso una nuvola di questo gas freddo, il gas assorbe una piccola parte della luce, creando un calo scuro o "ombra" nel segnale. Questo è chiamato assorbimento. Cacciando queste ombre, gli scienziati possono mappare dove si nasconde il gas, anche nel passato remoto. Ma c'è un intoppo: le nubi di gas sono spesso irregolari, come un setaccio, e le luci di sfondo non sono sempre perfettamente allineate. Questo rende la ricerca di esse simile al tentativo di individuare un'ombra specifica proiettata da una nuvola su un treno in movimento, usando solo una torcia che sfarfalla.
In questo nuovo studio, un team di astronomi ha deciso di dare un nuovo sguardo a questo gioco di nascondino cosmico. Si sono concentrati su un'epoca specifica della storia dell'universo, quando le galassie si trovavano a un redshift compreso tra 0,4 e 1,0, un periodo in cui la formazione stellare era frenetica. Hanno utilizzato un potente nuovo array di radiotelescopi in Australia chiamato ASKAP, specificamente la sua survey "FLASH", progettata per dare la caccia a queste ombre dei 21 cm. Il team aveva due strategie principali. Primo, hanno guardato direttamente a sorgenti radio luminose situate proprio accanto o dietro galassie in formazione stellare, sperando di catturare un'ombra diretta. Secondo, hanno provato una tecnica chiamata "stacking" (sovrapposizione). Immaginate di prendere 200 foto molto deboli e sfocate di un fantasma che nessuno riesce a vedere chiaramente e poi di sovrapporle tutte una sull'altra. Se il fantasma è presente, gli strati dovrebbero sommarsi per renderlo visibile. Il team ha sovrapposto centinaia di spettri (colonna sonora radio) di galassie che non mostravano un'ombra chiara da sole, sperando che il segnale combinato rivelasse un modello nascosto.
I risultati sono stati un misto di un'unica scoperta eccitante e di molti "quasi". Il team ha trovato una nuova, candidata ombra, una nube di gas freddo situata proprio davanti a una galassia radio chiamata NVSS J214954-004657. Sebbene questa caratteristica sembrasse promettente, i ricercatori l'hanno esplicitamente definita "tentativa". I controlli statistici utilizzando un metodo chiamato bootstrapping non hanno supportato la sua natura di rilevamento robusto e confermato, il che significa che potrebbe trattarsi solo di una fortunata fluttuazione nel rumore piuttosto che di un segnale reale. Tuttavia, quando hanno provato a cercare il "fantasma" sovrapponendo i segnali deboli da centinaia di altre galassie, i risultati sono stati complicati. Quando hanno sovrapposto prima le sorgenti più luminose, hanno visto un segnale debole e provvisorio che sembrava un'ombra. Ma man mano che continuavano ad aggiungere alla pila altre e altre sorgenti più deboli, quel segnale sembrava scomparire, sepolto sotto il rumore. È come se il "fantasma" fosse visibile solo quando la stanza era molto silenziosa, ma non appena più persone hanno iniziato a parlare (aggiungendo sorgenti più deboli), il sussurro è stato sovrastato.
I ricercatori hanno anche confrontato le loro galassie in formazione stellare con un gruppo di controllo di galassie radio che non stavano necessariamente producendo nuove stelle. Non hanno trovato differenze significative nel modo in cui potevano individuare le ombre del gas in nessuno dei due gruppi. Ciò suggerisce che essere una fabbrica di produzione stellare non renda necessariamente una galassia più facile o più difficile da trovare in questo modo specifico. Il team ha anche eseguito controlli statistici per vedere se la loro singola scoperta fosse solo un colpo di fortuna. Hanno scoperto che, data la sensibilità del loro telescopio e il numero di galassie che hanno osservato, trovare esattamente un'ombra era in realtà ciò che ci si poteva aspettare. Non era un miracolo; era una corrispondenza statistica.
In definitiva, l'articolo suggerisce che, sebbene si possa trovare queste nubi di gas distanti una alla volta, il metodo dello "stacking" ha un limite. Sembra che la luminosità della sorgente radio di fondo e il "fattore di copertura" (quanto della sorgente è effettivamente bloccato dalla nube di gas) giochino un ruolo enorme. Se la luce di fondo è troppo debole o la nube di gas è troppo irregolare, il segnale si perde. Gli autori concludono che, sebbene abbiano fatto progressi, avremo probabilmente bisogno di telescopi ancora più sensibili, come il futuro Square Kilometre Array (SKA), per ascoltare davvero i sussurri del gas freddo dell'universo in questa era. Per ora, sappiamo che il gas è lì, ma ascoltare l'intero coro tutto in una volta rimane una sfida.
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