“中国天眼”发现恒星“减产”另有原因

为什么宇宙越来越难以形成新的中国天眼恒星？一个流行说法是，孕育恒星的发现“燃料”——冷气体不断被消耗，导致造星活动衰退。恒星然而，减产“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）的有原因最新联合观测，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，中国天眼但作为重要冷气体储备的发现中性氢并未同步枯竭，宇宙“燃料箱”仍有余量，恒星问题可能出在“加工”环节。减产相关研究成果9月1日在线发表于《自然·天文》杂志。有原因

中性氢是中国天眼连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键纽带，它通过极其微弱的发现21厘米射电谱线发出信号。但对于遥远星系而言，恒星单个信号往往淹没在背景噪声里，减产就像在嘈杂的有原因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。