Астрономи з’ясували, чому зірок утворюється менше попри багато водню

Менше зірок, але майже стільки ж газу

Пояснити спад активності зореутворення лише «вигоранням» запасів холодного газу, якого бракує для нових зірок, виявилося неможливо. Якби галактики просто поступово витрачали газ, а новий не надходив, падіння швидкості утворення зірок мало б супроводжуватися таким самим різким зменшенням кількості газу. Спостереження цього не підтверджують.

Ключову роль у цій загадці відіграє нейтральний атомарний водень HI. Це важливий резервуар холодного газу всередині галактик, який пов’язує великомасштабні запаси космічного газу з процесами, що зрештою приводять до народження зірок. Водночас більшість зірок утворюється не безпосередньо з HI, а з густіших хмар молекулярного газу.

HI виявляють переважно за надзвичайно слабким радіосигналом на довжині хвилі 21 сантиметр. Для далеких галактик цей сигнал настільки тьмяний, що його легко «забиває» фоновий шум, тож виміряти загальну масу HI у Всесвіті на проміжних відстанях було дуже складно.

FAST і DESI: чутливість плюс масштаб

Довгий час астрономи були змушені обирати між глибиною та охопленням неба. Дуже глибокі огляди давали потрібну чутливість, але охоплювали малі ділянки, тоді як широкі огляди не мали достатньої чутливості для виявлення слабкого 21-сантиметрового випромінювання.

Нове дослідження подолало цю проблему, поєднавши виняткову радіочутливість п’ятисотметрового сферичного радіотелескопа FAST з гігантським набором оптичних спектрів, отриманих інструментом DESI. Команда проаналізувала близько 2,5 мільйона галактик, розподілених майже по третині небесної сфери.

Щоб «почути» надто слабкі радіосигнали, дослідники застосували метод спектрального стекінгу HI. Вони використали точні вимірювання червоного зсуву кожної галактики, вирівняли слабкі сигнали за частотою та склали їх разом. У середньому сигнал HI «виплив» з шуму, що дозволило простежити, як змінювалася загальна кількість нейтрального водню у Всесвіті за останні 4,5 мільярда років з дуже високою статистичною точністю.

HI не зникає так швидко, як зірки

Результати показали різкий контраст між еволюцією зореутворення та запасами нейтрального водню. Приблизно 4,5 мільярда років тому космічна швидкість утворення зірок була приблизно у 2,5 раза вищою, ніж тепер. За той самий період густина нейтрального атомарного водню зменшилася лише до значення, яке всього у 1,4 раза нижче відтодішнього.

Інакше кажучи, Всесвіт став утворювати набагато менше зірок, але його «резервуар» HI майже не спорожнів. Це свідчить, що просте швидке виснаження нейтрального водню не може пояснити настільки сильний спад зореутворення.

Загадка зміщується до «ланцюга постачання» газу

На думку авторів, тепер головне питання звучить не як «чи вичерпується газ», а як «чому стає дедалі важче формувати зірки, попри значні запаси нейтрального водню».

Зірки народжуються переважно в щільних молекулярних хмарах. Нейтральний атомарний водень займає проміжну ланку між розрідженим газом космічної павутини та молекулярним воднем, який безпосередньо живить зореутворення. Дослідники припускають, що в пізньому Всесвіті найважливіші зміни відбуваються не з загальною кількістю HI, а з тим, як газ циркулює в так званому баріонному циклі.

Якщо приплив газу з космічної павутини слабшає, а середні густини газу зменшуються, галактикам може ставати дедалі важче перетворювати HI на молекулярний водень. У такому сценарії загальний резервуар нейтрального водню залишається відносно стабільним, тоді як запаси молекулярного газу, безпосередньо відповідального за народження зірок, поступово скорочуються.

Новий орієнтир для вивчення еволюції галактик

Отримані результати важливі не лише як оцінка того, скільки водню є у Всесвіті. Вони дають нову підказку, чому гігантські «заводи» з виробництва зірок у галактиках повільно згасають.

За словами дослідників, поєднання спостережень з FAST і DESI створює новий еталон для вивчення космічного газового циклу на пізніх етапах еволюції Всесвіту, довготривалого спаду зореутворення та ширших процесів, що формують галактики. У роботі брали участь науковці з Національної астрономічної обсерваторії Китаю, Шанхайської астрономічної обсерваторії Китайської академії наук, Шанхайського університету Цзяо Тун та учасники колаборації DESI з установ Азії, Північної Америки та Європи.

Ця співпраця демонструє науковий потенціал поєднання надчутливих радіоспостережень з масштабними оптичними спектроскопічними оглядами для розкриття тонких деталей космічної еволюції.

Астрономи з’ясували, чому зірок утворюється менше попри багато водню з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com