“中国天眼”发现恒星“减产”另有原因
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2026-09-03 12:01:00
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来源:科技日报

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。

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