现代宇宙恒星形成速率急剧下降

🌌 宇宙的呼吸正在变缓

——恒星诞生速率为何持续下滑？FAST与DESI给出颠覆性答案

🔍 核心发现 · 颠覆常识

宇宙中恒星诞生速度显著放缓

冷分子云巴纳德68是恒星形成物质起源地的一个典型例子。近期研究表明，这类云团的补充速度已不如以往，恒星形成活动在过去数十亿年间逐渐减缓。图片来源：ESO/VLT/FORS1

⚠️ 关键矛盾浮现：

过去45亿年，中性氢（HI）总量几乎没变——但恒星形成率却暴跌至仅剩40%！燃料充足，炉火却渐熄…原因何在？

宇宙近年来诞生的新恒星数量正在减少，天文学家正试图弄清原因。表面上看，问题出在形成恒星的物质不足。这种情况属实吗？如果确实如此，还有哪些其他过程在起作用，导致恒星形成速度减缓？由中科院研究员洪国领导的国际团队决定深入探究这一现象背后的真实原因。

该团队利用五百米口径球面射电望远镜（FAST）对过去四十亿年间的宇宙中性氢（HI）进行了高精度测量，这是星系的重要来源，通过二十一厘米射电辐射进行探测。此次合作还包括利用暗能量巡天仪器（DESI）项目所进行的观测。研究分析了约二百五十万个星系的样本，覆盖了近三分之一的天空。结果表明，四十亿年前，宇宙的恒星形成速率约为今天的二点五倍，同时中性原子氢密度约为当前水平的一点四倍。这一发现令人意外，因为这无法解释当前恒星形成率的下降，据洪表示，他们所获得的结果与预期不符。

📊 数据铁证：

⏳ 时间跨度：回溯至45亿年前（红移 z ≈ 0.4）

🪐 样本规模：250万个星系，覆盖≈30%全天球

📉 恒星形成率：40亿年前为今日的2.5倍

💧 中性氢密度：仅比今日高40% —— 不足以解释2.5倍差异！

我们发现，在最近45亿年里，恒星形成率持续显著下降，而宇宙中中性原子氢的储量却变化不大。他指出，这项研究仅回溯到这一时间段。我们并未研究恒星形成率下降的完整历史，而是聚焦于其晚期阶段。恒星形成率曾在更早时期达到峰值，大约在红移约2时，即约100亿年前，天文学家有时称之为宇宙正午。此后至今，恒星形成率一直在下降。尽管新恒星的形成速率变化剧烈，中性原子氢的总量却仅表现出微弱变化。

由詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）和阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）数据合成的复合图像。图中恒星发出的光以黄色显示，而蓝色和紫色则代表为恒星形成提供燃料的尘埃和气体。这类云团依靠中性氢的循环来持续供应氢气。图片来源：美国国家科学基金会天文学联合会 / 美国国家射电天文台 / S. Dagnello

🌀 追踪衰退 · 真相揭晓

要理解这一发现，关键在于考察恒星形成所依赖的能源来源。天文学家了解到，恒星的形成依赖于冷氢分子云（H₂）的存在。人们通常认为，随着宇宙中恒星不断形成，氢分子会被消耗殆尽，这将导致现代宇宙时期恒星形成速率急剧下降。然而实际情况并非如此。

要获得H₂，需要HI，它将更大尺度的宇宙气体循环与星系中的恒星形成联系起来。这个中性氢储库是更大的气体供应与形成分子气体（H₂）之间的纽带，而分子气体是恒星形成所需的。研究似乎暗示，在过去45亿年中观察到的变化可能并未发生在HI储库中。而是发生在所谓的重子循环中。这是指正常物质（称为重子物质）在星系和星际环境之间交换的过程。该循环包括物质被拉入星系以及被抛回到星际环境中的过程。

💡 真相核心：

不是“燃料用完了”，而是“燃料加工厂停工了”！

→ 大尺度宇宙网向星系输送冷气体的“输血管”正在萎缩

→ HI虽足，但转化为H₂的效率大幅降低

→ 分子云“产线”停摆 → 恒星“出生率”断崖下跌

在这种情况下，随着来自更大宇宙网的气体供应逐渐减少并减弱，它影响了将中性氢转化为H₂的效率。总体而言，中性氢的供应保持稳定，但分子气体却在逐步消失且得不到补充。这进而影响了恒星形成的速率，从而解释了宇宙历史中较现代时期观测到的恒星形成率下降现象。

🔭 未来方向 · 下一站深空

虽然了解宇宙中氢的总量很重要，但本研究为影响恒星形成的条件提供了新的认识。FAST-DESI研究仅是理解近期恒星形成率下降原因的一个基准，同时也对星系演化研究具有重要意义。FAST观测所能追溯的时间范围有限，因此后续研究需进一步探索更早期宇宙中的物理条件。特别是，未来的观测应涵盖更深层、更宽波段和频段的巡天，以获取更早时期宇宙演化的信号。

更多信息

研究：星系恒星形成减少并非由简单的燃料危机所致

宇宙中中性氢的弱演化过程持续了约45亿年

📚 相关知识（天文术语）

恒星是宇宙中能够通过核聚变反应发光发热的天体，主要由氢和氦组成。它们具有巨大的质量和引力，能够吸引周围的物质并形成行星系统。恒星有不同的大小、温度和颜色，寿命也各不相同。我们的太阳就是一颗典型的恒星，为地球提供光和热，维持着地球上生命的生存。

BY: Carolyn Collins Petersen

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://www.universetoday.com/articles/the-rate-of-starbirth-is-crashing-in-the-modern-universe

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