Evren daha az yıldız "bebeği" üretiyor ve bilim insanları bunun nedenini merak ediyor. Son 4,5 milyar yılda, yeni yıldızların oluşma hızı önceki seviyesinin yarısından daha azına düştü. Ancak yıldız oluşumu için en kritik "yakıtlardan" biri olan nötr atomik hidrojenin arzı neredeyse hiç değişmedi. Bu, un rafları dolu dururken müşterileri tükenen bir fırın gibi.

Çin Bilimler Akademisi'nden (CAS) bilim insanlarının liderliğindeki ve Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti (DESI) projesiyle birlikte çalışan uluslararası bir araştırma ekibi, Çin'in Beş Yüz Metre Açıklıklı Küresel Radyo Teleskobu'nu (FAST) kullanarak son 4,5 milyar yıldaki kozmik nötr atomik hidrojenin hassas ölçümlerini yaptı. 1 Eylül'de Nature Astronomy'de çevrimiçi yayınlanan bulguları çarpıcı bir uyumsuzluğu ortaya koyuyor: yıldız oluşumu keskin bir şekilde azalırken, nötr atomik hidrojen (HI) miktarı yalnızca mütevazı bir düşüş gösterdi.

Evren yaşlandıkça yıldız oluşumunun neden daha az aktif hale geldiğini anlamak, galaksi oluşumu ve evriminde önemli bir sorudur. Görünüşte bariz bir açıklama, galaksilerin yıldız üretmek için gereken soğuk gazı basitçe tüketmiş olmalarıdır. Ancak gaz arzının azalması suçlu olsaydı, gökbilimciler yıldız oluşumundaki dramatik düşüşe, mevcut gazda benzer büyüklükte bir azalmanın eşlik etmesini beklerdi. Ancak gözlemler böyle keskin bir tükenme göstermedi.

HI bu kozmik bulmacada önemli bir oyuncudur. Galaksilerin içindeki önemli bir soğuk gaz rezervuarıdır ve daha geniş kozmik gaz kaynağını yeni yıldızlar oluşturan süreçlere bağlar. Gökbilimciler genellikle HI'yı son derece zayıf 21 santimetrelik radyo emisyon çizgisiyle tespit ederler - o kadar zayıf bir sinyaldir ki, özellikle uzak galaksilerden gelen arka plan gürültüsü tarafından sıklıkla bastırılır.

Yıllarca gökbilimciler bir Catch-22 ile karşı karşıya kaldı: derin araştırmalar gerekli hassasiyeti elde edebilirdi ancak geniş gökyüzü bölgelerini tarayamazken, geniş alan araştırmaları bu tür zayıf sinyalleri algılayacak hassasiyetten yoksundu. Bu, evrenin toplam HI kütlesinin zaman içinde nasıl değiştiğini doğrudan ve güvenilir bir şekilde ölçmeyi zorlaştırdı.

Yeni araştırma, FAST'ın olağanüstü radyo hassasiyetini DESI'nin devasa optik spektroskopi veri setiyle akıllıca birleştirdi. Ekip, gökyüzünün neredeyse üçte birine yayılan yaklaşık 2,5 milyon galaksiyi inceledi. Bir HI spektral istifleme yöntemi kullanarak, her biri tek başına algılanamayacak kadar zayıf olan zayıf radyo sinyallerini, galaksilerin hassas kırmızıya kaymalarına göre hizaladılar ve ortalama HI sinyalinin gürültüden ortaya çıkmasını sağladılar. Bu yaklaşım onlara benzeri görülmemiş bir örneklem boyutu ve son derece yüksek istatistiksel hassasiyet kazandırdı.

Sonuçlar çarpıcı bir tutarsızlığı ortaya çıkardı: Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, kozmik yıldız oluşum hızı bugünkünden yaklaşık 2,5 kat daha yüksekti, ancak nötr atomik hidrojen yoğunluğu yalnızca yaklaşık 1,4 kat daha yüksekti. Başka bir deyişle, yıldız oluşumu, evrenin HI rezervuarının karşılaştırılabilir bir kaybolması olmadan çöktü. Bulgular, nötr hidrojenin hızla tükenmesinin tek başına düşüşü açıklayamayacağını gösteriyor.

Bunun yerine, araştırmacılar asıl sorunun gazın baryon döngüsü boyunca nasıl hareket ettiğiyle ilgili olabileceğini öne sürüyorlar, genel olarak ne kadar HI olduğuyla değil. Kozmik ağdan gelen gaz akışları zayıfladıkça ve gaz yoğunlukları düştükçe, galaksiler HI'yı moleküler hidrojene - yıldızların aslında oluştuğu yoğun bulutlar - dönüştürmede daha az verimli hale gelebilir. Böylece HI rezervuarı sabit kalırken, doğrudan yıldız oluşumunu besleyen moleküler gaz azalır.

Sonuçlar yalnızca hidrojeni ölçmenin ötesine geçiyor. Bulgular, evrenin yıldız oluşturma motorlarının neden yavaş yavaş tıkandığına dair yeni bir ipucu sunuyor. FAST ve DESI verilerini birleştirmek, kozmik gaz döngüsünü, yıldız oluşumundaki uzun vadeli düşüşü ve daha geniş galaksi şekillendirme süreçlerini incelemek için yeni bir gözlemsel referans noktası sağlıyor.

Araştırmaya Çin Ulusal Astronomi Gözlemevleri, CAS Şanghay Astronomi Gözlemevi ve Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nden bilim insanları DESI işbirlikçileriyle birlikte liderlik etti.