В «современной» Вселенной резко снижается темп звездообразования

Фото из открытых источников

В последнее время во Вселенной стало образовываться меньше звёзд, и астрономы хотят знать, почему. Очевидный ответ: недостаточно материала для звёздообразования. Так ли это? Если да, то какой ещё процесс замедляет этот процесс? Международная группа исследователей во главе с Хонг Го из Китайской академии наук решила разобраться в причинах, по которым кажется, что звёздообразование сокращается.

Исследовательская группа использовала пятисотметровый сферический радиотелескоп (FAST) для проведения высокоточных измерений космического нейтрального водорода (HI) за последние 4,5 миллиарда лет. HI является важным источником для галактик и обнаруживается по радиоизлучению в диапазоне 21 сантиметр. В рамках сотрудничества также проводились наблюдения с использованием спектроскопического инструмента для изучения темной энергии (DESI). Исследование охватило выборку из примерно 2,5 миллионов галактик, покрывающих почти треть неба. Результат показал, что 4,5 миллиарда лет назад темпы звездообразования во Вселенной были примерно в 2,5 раза выше, чем сегодня. В то же время плотность нейтрального атомарного водорода была примерно в 1,4 раза выше, чем сейчас. Это странно, поскольку не объясняет нынешнее снижение темпов звездообразования, по словам Хонга, который отметил, что полученные результаты не соответствуют ожиданиям.

«Мы обнаружили, что за последние 4,5 миллиарда лет темпы звездообразования существенно снижались, в то время как космический запас нейтрального атомарного водорода изменялся на удивление незначительно», — сказал он, отметив, что исследование охватывает только этот период времени. «Мы изучаем не всю историю снижения темпов космического звездообразования, а его позднюю фазу. Скорость космического звездообразования достигла своего максимума гораздо раньше, примерно на z~2, около 10 миллиардов лет назад, в то время, которое астрономы иногда называют «космическим полуднем». С тех пор она снижается. Количество нейтрального атомарного водорода изменяется лишь незначительно, хотя скорость образования новых звезд меняется гораздо сильнее».

Чтобы понять это открытие, важно рассмотреть источники топлива для рождения звёзд. Астрономы знают, что звездообразование зависит от существования холодных облаков водородного газа (H₂). Логично предположить, что по мере образования звёзд во Вселенной H₂ расходуется, и это должно привести к резкому снижению звездообразования в более современные эпохи космической истории. Однако этого не произошло.

Для образования H₂ необходим HI, который связывает крупномасштабный космический газовый цикл со звездообразованием в галактиках. Этот резервуар нейтрального водорода является связующим звеном между большим запасом газа и образованием молекулярного газа (H₂), необходимого для звездообразования. Исследование, по-видимому, предполагает, что изменения, наблюдаемые за последние 4,5 миллиарда лет, могут происходить не в резервуаре HI. Скорее, они происходят в так называемом «барионном цикле». Это процесс, в ходе которого обычная материя (называемая барионной материей) обменивается между галактиками и межгалактической средой. Цикл включает в себя процессы, происходящие, когда материя втягивается в галактику и когда она выбрасывается обратно в межгалактическую среду.

В этом случае, по мере уменьшения и ослабления поступления газа из более крупной космической сети, это влияет на эффективность преобразования нейтрального водорода в H₂. Общее поступление нейтрального водорода остается стабильным, но молекулярный газ постепенно исчезает и не пополняется. Это влияет на скорость звездообразования, что объясняет спад, наблюдаемый в более современные эпохи космической истории.

Хотя знание общего количества водорода во Вселенной важно, это исследование дает новое понимание условий, влияющих на звездообразование. Исследование FAST-DESI — лишь один из способов понять, почему звездообразование сократилось в последнее время, но оно также имеет значение для изучения эволюции галактик. FAST может охватывать период примерно до 7,2 миллиардов лет, поэтому будущие исследования должны изучать условия во Вселенной до этого времени. В частности, будущие наблюдения должны включать более глубокие обзоры в широком диапазоне длин волн и частот, чтобы получить доступ к сигналам из более ранних эпох.