Wszechświat ma pod dostatkiem wodoru, a mimo to rodzi coraz mniej gwiazd. Nowe dane każą zrewidować dotychczasowe wyjaśnienia
Od miliardów lat tempo narodzin nowych gwiazd we Wszechświecie systematycznie maleje – to znany od dawna fakt. Zaskoczeniem jest jednak to, co pokazały najnowsze obserwacje: zapasy neutralnego wodoru, podstawowego surowca do budowy gwiazd, przez ten sam czas skurczyły się zaledwie w niewielkim stopniu. Międzynarodowy zespół astronomów, korzystając z chińskiego radioteleskopu FAST oraz danych instrumentu DESI, przeanalizował ślady gazu w 2,5 milionie galaktyk i wykazał, że to nie brak paliwa tłumi gwiazdotwórczą aktywność Wszechświata.
Gasnący blask kosmicznych fabryk gwiazd
Kosmiczne tempo formowania się gwiazd, czyli liczba nowych gwiazd rodzących się w danej objętości przestrzeni w jednostce czasu, osiągnęło szczyt kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu, a od tamtej pory systematycznie spada. Najprostsze wytłumaczenie tego zjawiska zakładało, że galaktyki po prostu zużywają swoje zapasy zimnego gazu – surowca, z którego powstają nowe gwiazdy. Gdyby tak było, spadkowi tempa narodzin gwiazd powinien towarzyszyć porównywalnie duży ubytek dostępnego gazu.
Kluczową rolę w tym procesie odgrywa neutralny wodór atomowy, oznaczany skrótem HI – rezerwuar zimnego gazu wewnątrz galaktyk, łączący szerszy kosmiczny zapas materii z gęstymi obłokami wodoru cząsteczkowego, w których bezpośrednio rodzą się gwiazdy. Problem w tym, że HI emituje niezwykle słabe promieniowanie radiowe o długości fali 21 centymetrów, które w przypadku pojedynczych odległych galaktyk łatwo ginie w szumie tła.
Przez lata astronomowie musieli wybierać między głębokimi przeglądami nieba o dużej czułości, lecz obejmującymi niewielki obszar, a szerokimi przeglądami, którym brakowało czułości do wykrycia tak słabego sygnału.
Miliony galaktyk ułożone w jeden sygnał
Zespół kierowany przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk, we współpracy z projektem Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), rozwiązał ten problem, łącząc wyjątkową czułość radiową pięćsetmetrowego chińskiego radioteleskopu FAST z ogromnym zbiorem danych spektroskopowych DESI. Badacze przeanalizowali sygnały z około 2,5 miliona galaktyk rozłożonych na niemal jednej trzeciej nieba.
Zastosowali metodę statystycznego sumowania słabych sygnałów radiowych: korzystając z precyzyjnie wyznaczonych przesunięć ku czerwieni poszczególnych galaktyk, dopasowali i nałożyli na siebie ich sygnały HI, dzięki czemu z szumu tła wyłonił się uśredniony, statystycznie wiarygodny sygnał. Takie podejście pozwoliło prześledzić zmiany kosmicznej gęstości neutralnego wodoru na próbie bezprecedensowej wielkości.
Wyniki opublikowano 1 września w czasopiśmie Nature Astronomy. Okazało się, że około 4,5 miliarda lat temu kosmiczne tempo powstawania gwiazd było mniej więcej 2,5 razy wyższe niż obecnie. W tym samym czasie gęstość neutralnego wodoru atomowego była wyższa jedynie około 1,4 raza – a po zastosowaniu bardziej zachowawczych poprawek różnica ta okazuje się jeszcze mniejsza. Innymi słowy: tempo narodzin gwiazd załamało się drastycznie, choć zasoby wodoru wcale nie zniknęły w podobnym tempie.
Wąskie gardło nie w paliwie, lecz w jego przetwarzaniu
Ten wynik zmienia charakter pytania badawczego, jakie stawiają sobie astronomowie. Zamiast pytać, czy gaz się wyczerpuje, muszą teraz wyjaśnić, dlaczego tworzenie gwiazd staje się coraz trudniejsze mimo obfitych zapasów neutralnego wodoru. Gwiazdy nie powstają bezpośrednio z HI – rodzą się w znacznie gęstszych obłokach wodoru cząsteczkowego, a neutralny wodór atomowy stanowi jedynie pośrednie ogniwo między szerszym zapasem gazu we Wszechświecie a materią bezpośrednio zasilającą powstawanie gwiazd.
Zdaniem autorów badania kluczowe zmiany mogą dotyczyć nie tyle samej ilości dostępnego HI, ile sposobu, w jaki gaz przepływa przez tak zwany cykl barionowy – procesy dopływu materii z kosmicznej sieci do galaktyk, jej zagęszczania i przekształcania w wodór cząsteczkowy. Gdy dopływ gazu z otoczenia słabnie, a jego gęstość w galaktykach maleje, mechanizm przekształcania wodoru atomowego w cząsteczkowy może stawać się coraz mniej wydajny. W takim scenariuszu ogólny zapas HI pozostaje relatywnie stabilny, podczas gdy zasoby gazu bezpośrednio odpowiedzialnego za tworzenie gwiazd stopniowo się kurczą.
Wynik ten stawia przed obecnymi modelami kosmologicznymi, takimi jak IllustrisTNG czy SIMBA, nowe wyzwanie: muszą one wyjaśnić, jak galaktyki mogą utrzymywać stabilne rezerwuary gazu atomowego przy jednoczesnym gwałtownym spadku ilości wodoru cząsteczkowego i tempa narodzin gwiazd. Połączenie danych z FAST i DESI daje astronomom nowy punkt odniesienia do dalszych badań nad cyklem gazowym Wszechświata na późniejszych etapach jego ewolucji.
Źródła główne:
- Zhang, C.-P. i in., „Weak evolution of cosmic atomic hydrogen over the past 4.5 billion years”, Nature Astronomy, 2026, DOI: 10.1038/s41550-026-02965-9
- ScienceDaily / Chinese Academy of Sciences Headquarters: „The universe has plenty of hydrogen. So why is star formation collapsing?”, 3.09.2026 — https://www.sciencedaily.com/releases/2026/09/260902234442.htm
Źródła kontekstowe:
- The Brighter Side of News: „The universe still has plenty of hydrogen, so why is it making fewer stars?” — https://www.thebrighterside.news/post/the-universe-still-has-plenty-of-hydrogen-so-why-is-it-making-fewer-stars/
Opracowanie: Agnieszka Nowak
