El universo está produciendo menos "bebés" estelares, y los científicos se rascan la cabeza preguntándose por qué. Durante los últimos 4.500 millones de años, la tasa de formación de nuevas estrellas se ha desplomado a menos de la mitad de su nivel anterior. Sin embargo, el suministro de uno de los "combustibles" más críticos para la formación estelar - el hidrógeno atómico neutro - apenas se ha movido. Es como una panadería que se queda sin clientes mientras los estantes de harina permanecen abastecidos.

Un equipo internacional de investigación, liderado por científicos de la Academia China de las Ciencias (CAS) y trabajando con el proyecto del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), utilizó el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) de China para realizar mediciones precisas del hidrógeno atómico neutro cósmico a lo largo de los últimos 4.500 millones de años. Sus hallazgos, publicados en línea en Nature Astronomy el 1 de septiembre, revelan un desajuste sorprendente: la formación estelar ha disminuido drásticamente, mientras que la cantidad de hidrógeno atómico neutro (HI) solo ha disminuido modestamente.

Comprender por qué la formación estelar se ha vuelto menos activa a medida que el universo envejece es una cuestión importante en la formación y evolución de las galaxias. Una explicación aparentemente obvia es que las galaxias simplemente se han quedado sin el gas frío necesario para producir estrellas. Pero si la disminución del suministro de gas fuera la culpable, los astrónomos esperarían que la dramática caída en la formación estelar estuviera acompañada por una disminución igualmente grande en el gas disponible. Las observaciones, sin embargo, no han mostrado un agotamiento tan agudo.

El HI es un actor clave en este rompecabezas cósmico. Es un importante reservorio de gas frío dentro de las galaxias, que conecta el suministro de gas cósmico más amplio con los procesos que forjan nuevas estrellas. Los astrónomos generalmente detectan el HI a través de su extremadamente débil línea de emisión de radio de 21 centímetros - una señal tan débil que a menudo se ve ahogada por el ruido de fondo, especialmente de galaxias distantes.

Durante años, los astrónomos se enfrentaron a un dilema: los estudios profundos podían lograr la sensibilidad necesaria pero no podían escanear grandes regiones del cielo, mientras que los estudios de área amplia carecían de la sensibilidad para detectar señales tan débiles. Esto dificultaba medir directa y confiablemente cómo ha cambiado la masa total de HI del universo con el tiempo.

La nueva investigación combinó inteligentemente la excepcional sensibilidad de radio de FAST con el enorme conjunto de datos espectroscópicos ópticos de DESI. El equipo estudió alrededor de 2.5 millones de galaxias que abarcan casi un tercio del cielo. Utilizando un método de apilamiento espectral de HI, alinearon señales de radio débiles - cada una demasiado débil para detectarse individualmente - basándose en corrimientos al rojo precisos de las galaxias, lo que permitió que la señal promedio de HI emergiera del ruido. Este enfoque les dio un tamaño de muestra sin precedentes y una precisión estadística excepcionalmente alta.

Los resultados expusieron una discrepancia evidente: hace unos 4.500 millones de años, la tasa cósmica de formación estelar era aproximadamente 2.5 veces mayor que hoy, pero la densidad de hidrógeno atómico neutro era solo aproximadamente 1.4 veces mayor. En otras palabras, la formación estelar se ha desplomado sin una desaparición comparable del reservorio de HI del universo. Los hallazgos sugieren que el agotamiento rápido del hidrógeno neutro no puede explicar por sí solo el declive.

En cambio, los investigadores proponen que el problema real puede ser cómo se mueve el gas a través del ciclo bariónico, no cuánto HI existe en general. A medida que los flujos de gas de la red cósmica se debilitan y las densidades de gas disminuyen, las galaxias pueden volverse menos eficientes para convertir HI en hidrógeno molecular - las nubes densas donde realmente se forman las estrellas. Así, el reservorio de HI se mantiene estable mientras que el gas molecular que alimenta directamente la formación estelar disminuye.

Las implicaciones van más allá de simplemente medir el hidrógeno. Los hallazgos ofrecen una nueva pista sobre por qué los motores de formación estelar del universo se están apagando gradualmente. La combinación de datos de FAST y DESI proporciona un nuevo punto de referencia observacional para estudiar el ciclo del gas cósmico, el declive a largo plazo de la formación estelar y los procesos más amplios que dan forma a las galaxias.

La investigación fue liderada por científicos del Observatorio Astronómico Nacional de China, el Observatorio Astronómico de Shanghai de la CAS y la Universidad Jiao Tong de Shanghai, junto con colaboradores de DESI.