宇宙新恒星形成愈发困难的原因：来自中国天眼的新发现

北京9月3日电 由中国科学院天文台、上海天文台和上海交通大学组成的国际研究团队，利用中国天眼（FAST）和国际暗能量光谱仪（DESI），对过去45亿年宇宙中性氢的演变进行了高精度测量，揭示了宇宙恒星形成率下降的关键原因。相关成果近日发表在《自然·天文》期刊。

宇宙为何逐渐难以形成新恒星，是星系演化研究中的核心问题。传统观点认为，随着时间推移，孕育恒星的冷气体资源——尤其是中性氢被不断消耗，最终导致恒星形成停止。如果这个假说成立，恒星形成率的降低应当伴随冷气体储备的同步减少。

以往观测受限于技术瓶颈，难以同时满足观测范围广且足够深入，因此关于中低红移时宇宙中性氢总量随时间变化的直接数据一直不足。

这项工作将FAST的高灵敏度射电数据与DESI大规模光谱巡天进行融合，分析了覆盖三分之一天区约250万个星系的数据，以史无前例的统计精度和样本规模，清晰描绘了宇宙中性氢的演化路径。

结果显示，45亿年前恒星形成率约是现今的2.5倍，而同时期宇宙中性氢密度仅比现在多约40%。

这表明，尽管恒星形成大幅下降，中性氢储备并未同步衰竭，明显反驳了“中性氢快速耗尽导致恒星形成减少”的简单假设。

研究进一步指出，宇宙晚期关键的改变在于气体从中性氢向分子氢及恒星的转化效率下降。随着宇宙大尺度结构供气减少和气体密度降低，中性氢向分子氢的转变变得不那么高效，使中性氢量保持稳定，而真正能形成恒星的分子气体数量却在缩水。

该项目由中国科学院天文台姜鹏团队、上海天文台郭宏团队及上海交通大学杨小虎教授、景益鹏院士团队联合DESI国际团队共同完成。