宇宙中恒星的形成为何逐渐放缓？长期以来，科学界普遍认为，恒星诞生的“原材料”——冷气体不断被消耗，是导致这一现象的主要原因。然而，最新一项由“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，但作为冷气体重要储备的中性氢并未同步减少，宇宙的“燃料库”依然充足。这一发现将科学家对恒星形成衰退原因的探讨，从“燃料是否耗尽”转向了“燃料为何难以转化为恒星”。相关成果已发表于《自然·天文》杂志。
中性氢是连接星系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厘米射电谱线发出信号，但对于遥远星系而言，这些信号往往被淹没在宇宙背景噪声中，难以被直接探测。因此，长期以来，科学家对宇宙中中性氢总量的演化缺乏可靠证据，这也限制了对恒星形成过程的理解。
此次研究由一支国际合作团队完成，成员来自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。研究团队将FAST的高灵敏度射电观测能力与DESI的大规模光谱巡天数据相结合，分析了覆盖约三分之一天区的约250万个星系。通过这种前所未有的统计精度，他们成功追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。
研究团队采用了一种名为“中性氢谱线叠加”的技术。具体而言，他们将大量单个无法直接探测的微弱信号，按照星系的距离精确对齐后进行叠加，相当于让数百万个微弱的声音同时喊出同一句话，从而从噪声中提取出平均信号。这一方法使得原本难以捕捉的中性氢信号变得清晰可辨。
测量结果表明，45亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期中性氢的密度仅约为今天的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要原因，那么中性氢的密度和恒星形成率应该呈现同步下降的趋势，但实际数据并不支持这一假设。
那么，问题究竟出在哪里？研究人员解释，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，后者才是恒星诞生的“产房”。在晚期宇宙中，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。随着宇宙供气减弱和气体密度降低，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。与此同时，中性氢储备因转化效率降低而得以相对稳定地保留。
“我们看到的不是宇宙缺气，而是气越来越难被‘加工’成恒星。”一位研究人员表示。这一发现将科学界的讨论焦点从“气体是否耗尽”转向了“为何有气却难以利用”，为理解宇宙恒星形成衰退提供了新的关键线索。
