В современной Вселенной запасы нейтрального водорода почти не изменились, но рождение звёзд замедлилось в 2,5 раза
iXBT.com ·
Международная группа астрономов под руководством Хун Го из Китайской академии наук провела масштабный замер нейтрального водорода за последние 4,5 миллиарда лет и получила результат, противоречащий очевидному объяснению. Темп звездообразования во Вселенной за этот период упал примерно в 2,5 раза, однако плотность нейтрального атомарного водорода (HI) — первичного «топлива», из которого формируется молекулярный водород H₂, а затем и звёзды, — снизилась лишь в 1,4 раза. Проще говоря, топливо есть, но производство простаивает.
Международная группа астрономов под руководством Хун Го из Китайской академии наук провела масштабный замер нейтрального водорода за последние 4,5 миллиарда лет и получила результат, противоречащий очевидному объяснению. Темп звездообразования во Вселенной за этот период упал примерно в 2,5 раза, однако плотность нейтрального атомарного водорода (HI) — первичного «топлива», из которого формируется молекулярный водород H₂, а затем и звёзды, — снизилась лишь в 1,4 раза. Проще говоря, топливо есть, но производство простаивает.
Работа опирается на два мощных инструмента. Первый — крупнейший в мире радиотелескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) с диаметром антенны 500 метров, расположенный в китайской провинции Гуйчжоу. Он регистрировал излучение нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр — классический сигнал, по которому астрономы картируют распределение HI в галактиках. Второй — спектроскопический проект DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), работающий на телескопе имени Николаса Мэйолла в Аризоне. Вместе они собрали данные о почти 2,5 миллионах галактик, покрыв почти треть неба.
«Мы видим, что за последние 4,5 миллиарда лет звездообразование продолжало значительно снижаться, в то время как космический резервуар нейтрального атомарного водорода изменился на удивление мало. Это не то, чего мы ожидали», — заявил Го. Он уточнил, что исследование охватывает лишь позднюю фазу спада: пик звездообразования, «космический полдень», пришёлся на красное смещение z~2, примерно 10 миллиардов лет назад, и с тех пор темп падает. Но даже на позднем этапе дисбаланс между почти стабильным HI и быстро уменьшающимся производством звёзд требует объяснения.
Логика подсказывает простую картину: звёзды рождаются из холодных облаков молекулярного водорода H₂, тот образуется из нейтрального водорода HI, — значит, когда HI заканчивается, цепочка событий обрывается. Однако данные FAST и DESI эту логику опровергают. HI никуда не делся. Исследователи пришли к выводу, что истоки ситуации глубже — в барионном цикле.
Барионный цикл — это круговорот обычного вещества между галактиками и межгалактической средой. Вещество втягивается в галактику из космической паутины, часть его идёт на образование звёзд, а часть выбрасывается обратно — через вспышки сверхновых, звёздный ветер и активность ядер. Авторы работы предполагают, что по мере старения Вселенной «поставки газа» из крупномасштабной паутины ослабевают. Общий запас HI остаётся стабильным, но эффективность его превращения в H₂ падает. Молекулярный газ, уже израсходованный на звёзды, не восполняется — и «звёздная фабрика замедляется», хотя «резерв» ещё далёк от исчерпания.
Полученный результат — это моментальный снимок поздней Вселенной, а не полная история спада. FAST способен заглянуть назад примерно на 7,2 миллиарда лет, но не глубже. Для понимания того, что происходило до этого — на пике космического полудня и раньше, — потребуются более глубокие обзоры в разных диапазонах и на разных частотах. Го и его коллеги заложили лишь одну опорную точку, но она уже задаёт тон будущим исследованиям истории крупномасштабной Вселенной.