Наша Вселенная становится все менее способной к образованию новых звезд. За последние 4,5 миллиарда лет скорость звездообразования сократилась более чем вдвое.
На первый взгляд, наиболее очевидное объяснение данного явления — истощение запасов газа, необходимого для формирования звезд. Тем не менее, международная группа ученых, возглавляемая специалистами Китайской академии наук, обнаружила парадокс: количество одного из важнейших видов звездного «топлива» во Вселенной изменилось удивительно незначительно.
Работая с данными проекта Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) и используя китайский радиотелескоп FAST с 500-метровой апертурой, исследователи провели точные измерения космического нейтрального атомарного водорода за 4,5 миллиарда лет. Результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, показывают поразительное несоответствие: звездообразование во Вселенной действительно резко сократилось, в то время как количество нейтрального атомарного водорода (HI) — основного резервуара холодного газа внутри галактик — лишь умеренно уменьшилось, и это снижение не сопоставимо со снижением темпов звездообразования.
Нейтральный атомарный водород играет ключевую роль в этой загадке. Он соединяет запасы космического газа с процессами, в конечном итоге приводящими к образованию новых звезд. Астрономы обнаруживают его по чрезвычайно слабой радиолинии излучения на длине волны 21 сантиметр, которую сложно уловить на больших расстояниях из-за фонового шума.
Авторы исследования решили эту проблему, объединив высокую радиочувствительность FAST с обширным массивом данных оптической спектроскопии от DESI. Ученые изучили около 2,5 миллионов галактик, охватывающих почти треть неба. Используя метод спектрального наложения сигналов HI, специалисты смогли объединить слабые радиосигналы, которые по отдельности были бы неразличимы. Точные измерения красного смещения каждой галактики позволили выровнять и сложить эти сигналы, извлекая полезную информацию из шума.
Полученные результаты выявили значительную разницу. Около 4,5 миллиарда лет назад скорость звездообразования в космосе была примерно в 2,5 раза выше, чем сейчас. Однако за тот же период плотность нейтрального атомарного водорода была лишь в 1,4 раза выше современного уровня. Другими словами, звездообразование резко упало без сопоставимого уменьшения запасов водорода во Вселенной.
По мнению ученых, это требует нового подхода к ключевому вопросу: теперь важно не «истощается ли газ», а «почему Вселенной становится все труднее создавать звезды, несмотря на обилие нейтрального водорода». Дело в том, что звезды не появляются непосредственно из атомарного водорода, а из гораздо более плотных облаков молекулярного газа. Вероятно, ключевые изменения связаны не с общим количеством HI, а с эффективностью его преобразования в молекулярный водород.
С уменьшением потоков газа из космической паутины и снижением плотности газа, галактики могут становиться менее эффективными в преобразовании атомарного водорода в молекулярный. В таком случае общий резервуар HI может оставаться относительно стабильным, в то время как запасы молекулярного газа постепенно сокращаются, замедляя процесс рождения новых звезд.
Фото: hi-tech.mail.ru