为什么宇宙越来越难以形成新的恒星？一个流行说法是，孕育恒星的“燃料”——冷气体不断被消耗，导致造星活动衰退。然而，“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）的最新联合观测，却给出了意外答案：尽管过去45亿年里宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为重要冷气体储备的中性氢并未同步枯竭，宇宙“燃料箱”仍有余量，问题可能出在“加工”环节。相关研究成果9月1日在线发表于《自然·天文》杂志。
中性氢是连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键纽带，它通过极其微弱的21厘米射电谱线发出信号。但对于遥远星系而言，单个信号往往淹没在背景噪声里，就像在嘈杂的广场上很难听清一个人的低声细语，因此，宇宙的中性氢总量如何演化，一直缺少可靠证据。
此次，由中国科学院国家天文台、中国科学院上海天文台、上海交通大学等组成的国际合作团队，将FAST的高灵敏度射电观测与DESI的大规模光谱巡天深度结合，分析了覆盖约三分之一天区的约250万个星系，以前所未有的统计精度追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。
“我们利用中性氢谱线叠加技术，把大量单个无法直接探测的微弱信号，按星系的距离精确对齐后叠加起来，相当于让几百万个微弱的声音同时喊出同一句话，终于从噪声中提取出了平均信号。”论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员张传朋介绍。
测量结果显示：45亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期的中性原子氢密度仅约为今天的1.4倍。也就是说在恒星形成活动“暴跌”的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步枯竭。“如果‘燃料耗尽’是主因，两者本应同步骤减，但数据并不支持这一说法。”论文通讯作者、中国科学院上海天文台研究员郭宏说。
那么问题出在哪里？张传朋解释，恒星并非直接由中性氢形成。中性氢需要先转变成更致密的分子氢云，分子氢云才是恒星真正的“产房”。晚期宇宙真正发生显著变化的，可能是气体从中性氢向分子氢、再到恒星的转化过程。随着供气减弱、气体密度降低，中性氢向分子氢转变的效率随之下降。于是，中性氢储备得以相对稳定地保留下来，而真正能直接孕育恒星的分子气体却在慢慢减少。
“我们看到的不是宇宙缺气，而是气越来越难被‘加工’成恒星。”郭宏说，这一发现把讨论焦点从“气体是否耗尽”推进到了“为何有气却用不起来”，为理解宇宙恒星形成衰退提供了新的关键线索。
为什么宇宙越来越难以形成新的恒星？一个流行说法是，孕育恒星的“燃料”——冷气体不断被消耗，导致造星活动衰退。然而，“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）的最新联合观测，却给出了意外答案：尽管过去45亿年里宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为重要冷气体储备的中性氢并未同步枯竭，宇宙“燃料箱”仍有余量，问题可能出在“加工”环节。相关研究成果9月1日在线发表于《自然·天文》杂志。
中性氢是连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键纽带，它通过极其微弱的21厘米射电谱线发出信号。但对于遥远星系而言，单个信号往往淹没在背景噪声里，就像在嘈杂的广场上很难听清一个人的低声细语，因此，宇宙的中性氢总量如何演化，一直缺少可靠证据。
此次，由中国科学院国家天文台、中国科学院上海天文台、上海交通大学等组成的国际合作团队，将FAST的高灵敏度射电观测与DESI的大规模光谱巡天深度结合，分析了覆盖约三分之一天区的约250万个星系，以前所未有的统计精度追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。
“我们利用中性氢谱线叠加技术，把大量单个无法直接探测的微弱信号，按星系的距离精确对齐后叠加起来，相当于让几百万个微弱的声音同时喊出同一句话，终于从噪声中提取出了平均信号。”论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员张传朋介绍。
测量结果显示：45亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期的中性原子氢密度仅约为今天的1.4倍。也就是说在恒星形成活动“暴跌”的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步枯竭。“如果‘燃料耗尽’是主因，两者本应同步骤减，但数据并不支持这一说法。”论文通讯作者、中国科学院上海天文台研究员郭宏说。
那么问题出在哪里？张传朋解释，恒星并非直接由中性氢形成。中性氢需要先转变成更致密的分子氢云，分子氢云才是恒星真正的“产房”。晚期宇宙真正发生显著变化的，可能是气体从中性氢向分子氢、再到恒星的转化过程。随着供气减弱、气体密度降低，中性氢向分子氢转变的效率随之下降。于是，中性氢储备得以相对稳定地保留下来，而真正能直接孕育恒星的分子气体却在慢慢减少。
“我们看到的不是宇宙缺气，而是气越来越难被‘加工’成恒星。”郭宏说，这一发现把讨论焦点从“气体是否耗尽”推进到了“为何有气却用不起来”，为理解宇宙恒星形成衰退提供了新的关键线索。
