宇宙“造星”为何变慢？中国天眼有了新发现
宇宙“造星”为何变慢？中国天眼有了新发现
今天的宇宙为什么越来越难以形成新的恒星？在天文学家看来，对于这个问题，一个直观而流行的解释是，随着宇宙演化，孕育恒星的“冷气体”逐渐被消耗，最终导致造星活动衰退。
近日，中国科学院国家天文台、上海天文台、上海交通大学等组成的国际合作团队利用中国天眼（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）开展的一项研究纠正了这一解释。
这两台世界先进的天文观测设备实现了对距今45亿年以来的宇宙中性原子氢（以下简称中性氢）演化的高精度测量。结果发现，在宇宙恒星形成活动显著减弱的同一时期，作为星系中重要冷气体储备的中性氢变化却相对缓慢。相关成果9月1日发表于《自然-天文》（Nature Astronomy）。
研究示意图。科研团队供图
科学家认为，关于宇宙造星活动衰退的原因，如果此前的解释成立，那么恒星形成率的下降，就必然会伴随冷气体储备的同步骤减。
中性氢为恒星形成提供燃料，也是连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键纽带。然而，中性氢主要通过极其微弱的21厘米射电谱线被探测，对于遥远星系而言，单个信号往往淹没在背景噪声中。过去的观测方法存在瓶颈，导致其总量如何随时间演变，始终缺少可靠的直接观测证据。
此次研究将FAST的高灵敏度射电观测与DESI的大规模光谱巡天深度融合，分析了覆盖约三分之一天区的约250万个星系。研究人员利用中性氢谱线叠加技术，将大量单个无法直接探测的微弱信号，按星系的红移精确对齐并叠加，成功从噪声中提取出平均中性氢信号，从而在前所未有的统计精度与大样本尺度上，精确追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。
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，在恒星形成活动大幅下跌的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步枯竭。
科研团队指出，这种演化速率上的强烈反差，排除了“中性氢快速耗尽导致恒星形成衰退”这一简单的物理图景。同时，这项成果也将该领域的探讨焦点从“气体是否耗尽”转变为“为何中性氢储备充足，恒星形成却日益艰难”。
科研人员解释，恒星主要诞生于更加致密的分子气体云中，而中性原子氢正处于大尺度气体供应与分子气体形成之间的关键中间节点。研究提示，晚期宇宙真正发生显著变化的，可能是气体从中性原子氢向分子氢、再到恒星的转化过程。随着宇宙网供气减弱、气体密度降低，中性氢向分子氢转化的效率随之下降，这使得中性氢储备得以保持相对稳定，而真正能直接孕育恒星的分子气体却在逐渐减少。
领域内专家认为，这项工作为理解宇宙晚期气体循环、恒星形成衰退及星系演化确立了新的重要观测基准。
该研究由中国科学院国家天文台研究员姜鹏、上海天文台研究员郭宏以及上海交通大学教授杨小虎、中国科学院院士景益鹏带领的科研团队，联合DESI国际团队共同完成。（来源：中国科学报 甘晓）
相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41550-026-02965-9