Вселенная формирует звёзды менее чем с половиной той скорости, что была примерно 4,5 миллиарда лет назад. Новый обзор показывает, что это снижение нельзя объяснить просто тем, что у галактик заканчивается атомарный водород — сырьевой газовый резервуар, из которого строятся звездообразующие облака.
Международная команда объединила наблюдения китайского радиотелескопа FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) со спектрами инструмента DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Вместе эти два обзора позволили исследователям измерить слабые сигналы водорода по примерно 2,5 миллиона галактик, охватывающих почти треть неба.
Результат получен в исследовании, опубликованном в Nature Astronomy. Команда объединила 21-сантиметровые спектры FAST с красными смещениями DESI для примерно 2,5 миллиона галактик на площади около 12 000 квадратных градусов. Это различие важно: измерение описывает среднюю космическую плотность водорода, а не прямой газовый запас каждой отдельной галактики.
Несоответствие между газом и новорождёнными звёздами
Звёзды формируются, когда газ становится достаточно плотным, чтобы коллапсировать под собственной гравитацией. Поэтому астрономы ожидали, что долгосрочное падение звездообразования будет сопровождаться сопоставимой потерей холодного газа, который его питает.
Новые измерения этого не показывают. Космическая скорость звездообразования была примерно в 2,5 раза выше 4,5 миллиарда лет назад, чем сегодня, тогда как плотность нейтрального атомарного водорода была лишь примерно в 1,4 раза выше. После того как команда учла систематические эффекты в своей модели, предполагаемое изменение водородного резервуара оказалось ещё меньше.
Это различие важно, потому что исключает быстрое истощение атомарного водорода как главную причину того, что Вселенная стала тише. Галактики всё ещё содержат значительную часть этого материала, но превращают меньше его в новые звёзды.
Поиск слабого сигнала в миллионах галактик
Нейтральный водород обычно обнаруживают по слабой линии радиоизлучения на длине волны 21 сантиметр. Для далёкой отдельной галактики сигнал может утонуть в шуме. FAST обеспечивает чувствительность, а DESI предоставляет точные расстояния и красные смещения для огромной оптической выборки.
Исследователи использовали эти красные смещения, чтобы выровнять радиоспектры миллионов галактик и статистически объединить их. Усреднённый сигнал, который проявился, был слишком слаб, чтобы его увидеть в большинстве отдельных объектов, но достаточно силён в объединённых данных, чтобы проследить, как водородный резервуар менялся со временем.
Этот подход не создаёт фотографию газа каждой галактики. Он измеряет популяцию в целом, давая астрономам гораздо более надёжную оценку средней плотности атомарного водорода за последнюю историю Вселенной.
Атомарный газ — лишь один шаг
Результат также проясняет, где может скрываться недостающее объяснение. Атомарный водород — промежуточная стадия. Прежде чем он сможет коллапсировать в звёзды, он обычно должен стать более плотным молекулярным газом, и это превращение зависит от давления, температуры, пыли и того, как газ движется через галактику.
Поступление из космической паутины также может ослабевать. Если свежий газ прибывает медленнее и средняя плотность внутри галактик падает, превращение атомарного водорода в молекулярный может становиться менее эффективным даже при относительно стабильном большом атомарном резервуаре.
Таким образом, вероятное узкое место — это переход от атомарного к молекулярному газу или поток газа в более плотные облака, где формируются звёзды. Это позволило бы большому атомарному резервуару оставаться относительно стабильным, в то время как материал, непосредственно доступный для звездообразования, становится более скудным.
Новый тест для моделей эволюции галактик
Результат FAST–DESI даёт теоретикам количественную цель. Модели эволюции галактик теперь должны объяснить, как звездообразование может упасть примерно в 2,5 раза, тогда как запасы атомарного водорода снижаются гораздо медленнее.
Этот вопрос связан с более широкой работой по картированию того, как материя движется через Вселенную. Как объясняет наш материал о Великом аттракторе, астрономы часто реконструируют невидимые структуры по движению и слабым сигналам огромного числа галактик. Здесь та же статистическая логика используется для прослеживания топливного цикла внутри этих галактик.
Новые измерения не выявляют один окончательный механизм. Они показывают, что простое объяснение нехваткой топлива недостаточно, и устанавливают более чёткий ориентир для изучения аккреции газа, фазовых переходов и постепенного замедления космического рождения звёзд.
Космическая загадка: почему газ есть, а звёзды не рождаются
Это открытие меняет представление о том, как умирает звездообразование.
Раньше считалось: газ кончается — звёзды перестают рождаться. Простая логика. Но данные FAST и DESI показывают, что логика не работает. Газ есть. Его даже много. Но звёзды не формируются.
Значит, проблема не в количестве, а в качестве. Или в доступности. Атомарный водород — это сырьё. Но чтобы стать звездой, он должен сначала превратиться в молекулярный газ. Этот процесс сложен. Он зависит от давления, температуры, пыли, динамики.
Возможно, галактики становятся менее эффективными. Они теряют способность конвертировать газ в звёзды. Или космическая паутина перестаёт поставлять свежий материал. Или и то, и другое.
Для астрономов это новая задача. Для теоретиков — новый вызов. Для нас — напоминание: Вселенная сложнее, чем кажется.
Источники: Nature Astronomy, исследование FAST–DESI, данные радиотелескопа FAST и инструмента DESI, материалы о Великом аттракторе.
Ваш комментарий