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“中国天眼”发现宇宙造星衰退并非因为中性氢耗尽



“中国天眼”重绘宇宙演化图景（艺术图）。图片来源：国家天文台、上海天文台

为什么宇宙越来越难以形成新的恒星？这是星系形成与演化领域的焦点。恒星的诞生，依靠致密的分子气体云。此前学界普遍认为，随着宇宙演化，孕育恒星的冷气体持续消耗，导致造星活动衰退。依据这一经典理论，恒星形成率下降，必然伴随冷气体储备的同步骤减。然而，中性氢的探测主要通过极其微弱的21厘米射电谱线，遥远星系的单个信号极易淹没于背景噪声中。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，依托“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI），对距今45亿年以来的宇宙中性氢演化进行高精度测量。相关论文发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上。

研究发现，近45亿年来宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为星系重要气体储备的中性原子氢仅发生缓慢变化，颠覆了学界对宇宙造星衰退机制的传统认知。高精度测量结果显示，45亿年前的宇宙恒星形成率约为当前宇宙的2.5倍，而同期的中性原子氢密度仅约为当前的1.4倍。这表明，在恒星形成活动大幅暴跌的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步枯竭。研究提示，宇宙晚期造星衰退的核心诱因，或是气体从中性原子氢转化成为分子氢、孕育恒星的过程导致。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下降，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逐渐减少。这项研究精准量化了宇宙中性氢的长期演化特征，更为破解宇宙恒星形成衰退之谜提供了全新线索。此次联合观测为理解宇宙晚期气体循环、恒星形成衰退及星系演化进程，确立了新的观测基准。（国家天文台、上海天文台）