Китайский телескоп FAST и проект DESI исследовали 2,5 миллиона галактик и обнаружили: запасы звёздного топлива не исчерпаны — изменился процесс его переработки
Международная команда астрономов под руководством Хун Го из Китайской академии наук провела обширное измерение нейтрального водорода за последние 4,5 миллиарда лет и получила результаты, которые противоречат очевидным объяснениям. Темп звездообразования во Вселенной за этот период сократился примерно в 2,5 раза, однако плотность нейтрального атомарного водорода (HI) — первичного «топлива», из которого формируется молекулярный водород H₂, а затем и звёзды, — уменьшилась лишь в 1,4 раза. Проще говоря, запасы топлива имеются, но процесс его переработки замедлен.
Данная работа основывается на двух мощных инструментах. Первый — крупнейший в мире радиотелескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) с диаметром антенны 500 метров, расположенный в китайской провинции Гуйчжоу. Он фиксировал 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. В совокупности они собрали данные о почти 2,5 миллионах галактик, охватив почти треть неба.
«Мы наблюдаем, что за последние 4,5 миллиарда лет звездообразование продолжает значительно сокращаться, в то время как космический резервуар нейтрального атомарного водорода изменился удивительно мало. Это не соответствует нашим ожиданиям», — отметил Го. Он добавил, что исследование охватывает лишь позднюю фазу этого падения: пик звездообразования, «космический полдень», приходился на красное смещение z~2, примерно 10 миллиардов лет назад, и с тех пор темп снижается. Но даже на позднем этапе несоответствие между почти стабильным HI и быстро уменьшающимся производством звёзд требует объяснения.
Логика подсказывает простую картину: звёзды формируются из холодных облаков молекулярного водорода H₂, который образуется из нейтрального водорода HI, — следовательно, когда HI заканчивается, цепочка событий обрывается. Тем не менее данные FAST и DESI опровергают данную логику. HI никуда не исчез. Исследователи пришли к выводу, что корни этой ситуации лежат глубже — в барионном цикле.
Барионный цикл — это круговорот обычного вещества между галактиками и межгалактическим пространством. Материя втягивается в галактику из космической паутины, часть её используется для звездообразования, а другая выбрасывается обратно — через вспышки сверхновых, звёздный ветер и активность ядер. Авторы исследования предполагают, что с течением времени «поставки газа» из крупномасштабной паутины ослабевают. Общий запас HI остаётся неизменным, но эффективность его преобразования в H₂ снижается. Молекулярный газ, который уже был использован для звёзд, не восстанавливается — и «звёздная фабрика замедляется», хотя «резерв» ещё далеко не исчерпан.
Полученные результаты представляют собой моментальный снимок поздней Вселенной, а не полную историю её 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 различных диапазонах и на разных частотах. Го и его коллеги заложили лишь одну опорную точку, но она уже определяет направление будущих исследований истории крупномасштабной Вселенной.
Источники:Nature Astronomy0космосКосмологияЗвездообразованиеКосмический полдень12 минут назад
Источник