宇宙中新恒星的诞生为何愈发困难？长久以来，科学界普遍认为，恒星形成的“原材料”——冷气体逐渐被消耗，是导致这一现象的主要原因。然而，一项由“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）合作开展的最新研究，却颠覆了这一传统认知。研究发现，尽管过去45亿年里宇宙的恒星形成活动显著减弱，但作为冷气体主要成分的中性氢并未大幅减少，宇宙的“燃料库”依然充足，问题可能出在恒星形成的“加工”环节。相关成果近日发表在《自然·天文》杂志上。
中性氢是连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键环节。它通过极其微弱的21厘米射电谱线发出信号，但由于信号过于微弱，对于遥远星系而言，单个信号往往被淹没在宇宙背景噪声中，难以被探测到。因此，宇宙中中性氢总量的演化过程，一直缺乏可靠的观测证据。
为了破解这一难题，由中国科学院国家天文台、上海天文台以及上海交通大学等机构组成的国际科研团队，将FAST的高灵敏度射电观测能力与DESI的大规模光谱巡天技术相结合，对覆盖约三分之一天区的约250万个星系进行了分析。通过这一前所未有的大规模观测，研究团队以前所未有的统计精度，追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。
研究团队采用了一种创新的中性氢谱线叠加技术。他们将大量无法单独探测的微弱信号，按照星系的距离精确对齐后叠加起来，相当于让数百万个微弱的声音同时发出相同的声音，从而成功从噪声中提取出了平均信号。这一技术突破，为研究宇宙中性氢的演化提供了关键手段。
观测结果显示，45亿年前的宇宙，恒星形成率约为当前的2.5倍，而同一时期的中性氢密度仅约为当前的1.4倍。这意味着，在恒星形成活动大幅减少的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步减少。研究团队指出，如果恒星形成减少的主要原因是“燃料耗尽”，那么中性氢的密度也应该与恒星形成率同步下降，但实际观测数据并不支持这一假设。
那么，恒星形成减少的真正原因是什么？研究团队解释，恒星并非直接由中性氢形成，而是需要中性氢先转化为更致密的分子氢云，分子氢云才是恒星诞生的“摇篮”。在宇宙演化的晚期，真正发生显著变化的可能是气体从中性氢向分子氢、再到恒星的转化过程。随着宇宙供气减弱、气体密度降低，中性氢向分子氢转变的效率下降，导致能够直接孕育恒星的分子气体逐渐减少，而中性氢则相对稳定地保留下来。
这一发现表明，宇宙中并不缺乏形成恒星的“原材料”，但这些“原材料”越来越难以被“加工”成恒星。研究团队表示，这一结果将科学界的讨论焦点从“气体是否耗尽”转向了“为何有气却难以形成恒星”，为理解宇宙恒星形成活动的衰退提供了新的关键线索。
