宇宙中新恒星的形成为何愈发困难？此前科学界普遍认为，恒星诞生的“原材料”——冷气体逐渐耗尽是主要原因。然而，一项由“中国天眼”（FAST）与国际暗能量光谱仪（DESI）联合开展的观测研究，却颠覆了这一传统认知。研究显示，尽管近45亿年来宇宙恒星形成活动明显减弱，但作为冷气体主要储备的中性氢并未显著减少，恒星形成的“燃料库”依然充足，问题可能出在气体转化的“加工”环节。相关成果于近期发表于国际权威期刊《自然·天文》。
中性氢是宇宙中连接大尺度气体循环与恒星形成的关键物质，它通过极其微弱的21厘米射电谱线释放信号。然而，由于这些信号极其微弱，在观测遥远星系时，单个信号往往被淹没在宇宙背景噪声中，难以被直接探测。长期以来，科学家对宇宙中中性氢总量的演化规律缺乏可靠数据，这成为理解恒星形成衰退机制的重要障碍。
为突破这一难题，由中国科学院国家天文台、上海天文台及上海交通大学等机构组成的国际科研团队，创新性地结合了FAST的高灵敏度射电观测能力与DESI的大规模光谱巡天技术。通过对覆盖约三分之一天区的250万个星系进行系统分析，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。这一方法如同将数百万个微弱的声音精准对齐后叠加，最终从噪声中提取出清晰的平均信号。
观测数据显示，45亿年前宇宙的恒星形成率约为当前的2.5倍，而同期中性氢密度仅约为今天的1.4倍。这意味着，在恒星形成活动大幅下降的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步减少。研究团队指出，如果“燃料耗尽”是导致恒星形成衰退的主因，那么中性氢密度与恒星形成率的变化趋势应当一致，但实际数据并不支持这一假设。
那么，恒星形成的关键瓶颈究竟在哪里？研究进一步揭示，恒星并非直接由中性氢形成，而是需要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，气体从中性氢向分子氢、再向恒星的转化过程可能发生了显著变化。随着气体供应减弱和密度降低，中性氢转化为分子氢的效率下降，导致可直接孕育恒星的分子气体逐渐减少，而中性氢储备则得以相对稳定地保留。
“我们观察到的现象并非宇宙‘缺气’，而是气体越来越难以被‘加工’成恒星。”研究团队成员解释道。这一发现将科学界的讨论焦点从“气体是否耗尽”转向“为何有气却难以利用”，为理解宇宙恒星形成衰退提供了新的关键线索。
