Темпи утворення зір у Всесвіті за останні мільярди років впали більш ніж удвічі. Логічно було б припустити, що галактикам просто бракує сировини. Але вимірювання показали інше. Запаси холодного водню за той самий час зменшились зовсім трохи.
Очікуваний сценарій
Згасання зореутворення давно належить до центральних тем у вивченні еволюції галактик. Найпростішим було пояснення, що з часом холодний газ витрачається і матеріалу для нових світил стає менше.
Якби механізм працював за такою логікою, запаси сировини мали б скорочуватись одночасно зі спадом активності. Проте нічого схожого астрономи не фіксували. Найактивніше зорі формувалися в епоху, віддалену від нас приблизно на десять мільярдів років. Відтоді розпочалася повільна і тривала фаза загального згасання.
Слабкий сигнал
Нейтральний атомарний водень (HI) посідає проміжне місце між великомасштабними запасами газу у Всесвіті та щільними хмарами, де формуються світила. Виявляють його за надзвичайно слабким радіовипромінюванням на довжині хвилі 21 см.
Через це склалась патова ситуація. Глибокі спостереження охоплювали лише невеликі ділянки неба, а ширококутні огляди не мали потрібної чутливості, тому сигнали окремих далеких галактик тонули в шумі.
Складання мільйонів сигналів
Вихід знайшли у поєднанні двох різних приладів. Китайський сферичний радіотелескоп діаметром п’ятсот метрів (FAST) дає високу чутливість, а спектроскопічний інструмент для дослідження темної енергії (DESI) вимірює червоні зміщення величезної кількості галактик.
Вибірка охопила близько 2,5 млн галактик майже на третині небесної сфери, як повідомляє phys.org. Слабке випромінювання склали разом за відомими червоними зміщеннями, тому з шуму вдалося виділити усереднену лінію водню.
Такий підхід не показує окремі галактики. Натомість він дає статистично надійну середню картину одразу для мільйонів систем.
Розбіжність у цифрах
Розрив між двома величинами виявився суттєвим. Близько 4,5 млрд років тому зорі утворювались приблизно у 2,5 раза інтенсивніше, ніж тепер, тоді як густина нейтрального водню перевищувала сучасну лише на 40 %.
Тобто запаси не вичерпались синхронно зі згасанням зореутворення. Швидка витрата газу не пояснює того, що відбувається з галактиками.
Питання ефективності
Світила формуються не з атомарної речовини безпосередньо, а в щільних молекулярних хмарах. Нейтральний водень стоїть між цими двома станами, тому важливим стає не загальний обсяг резервуара, а швидкість його перетворення на молекулярну форму.
Приплив матерії з космічної павутини слабшає, а густина газу знижується. За цих умов атомарний водень повільніше перетворюється на молекулярний, тому його резервуар витрачається не так швидко, а молекулярних хмар, з яких безпосередньо виникають зорі, стає дедалі менше. Робота опублікована в рецензованому журналі Nature Astronomy.
