宇宙正在减少产生恒星的“婴儿”，科学家们对此感到困惑。在过去的45亿年里，新恒星形成的速率已骤降至不到之前水平的一半。然而，恒星形成最关键“燃料”之一——中性原子氢的供应却几乎没有变化。这就像一家面包店顾客减少，而面粉架却依然满满当当。

一个由中国科学院科学家领导的国际研究团队，与暗能量光谱仪项目合作，利用中国五百米口径球面射电望远镜对过去45亿年间的宇宙中性原子氢进行了精确测量。他们的研究结果于9月1日在线发表在《自然·天文学》上，揭示了一个惊人的不匹配：恒星形成急剧下降，而中性原子氢的数量仅略有减少。

理解为什么随着宇宙年龄增长恒星形成变得不那么活跃，是星系形成和演化中的一个重要问题。一个看似明显的解释是，星系只是耗尽了形成恒星所需的冷气体。但如果气体供应减少是罪魁祸首，天文学家会预期恒星形成的急剧下降伴随着可用气体的类似大幅减少。然而，观测并未显示出如此急剧的消耗。

中性氢在这个宇宙谜题中扮演着关键角色。它是星系内重要的冷气体储库，连接着更广泛的宇宙气体供应与形成新恒星的过程。天文学家通常通过其极其微弱的21厘米射电发射线来探测中性氢——这个信号如此微弱，以至于常常被背景噪声淹没，尤其是来自遥远星系的噪声。

多年来，天文学家面临着一个两难境地：深度巡天可以达到所需的灵敏度，但无法扫描大片天空区域，而宽面积巡天则缺乏探测如此微弱信号的灵敏度。这使得直接可靠地测量宇宙总中性氢质量随时间的变化变得困难。

这项新研究巧妙地将FAST的卓越射电灵敏度与DESI庞大的光学光谱数据集相结合。研究团队研究了约250万个星系，覆盖了近三分之一的天空。利用中性氢谱线叠加方法，他们根据精确的星系红移对齐了微弱的射电信号——每个信号都太微弱而无法单独探测——使得平均中性氢信号从噪声中显现出来。这种方法为他们提供了前所未有的样本量和极高的统计精度。

结果揭示了明显的差异：大约45亿年前，宇宙恒星形成速率大约是今天的2.5倍，但中性原子氢密度仅高出约1.4倍。换句话说，恒星形成的崩溃并没有伴随着宇宙中性氢储库的类似消失。研究结果表明，快速耗尽中性氢本身并不能解释这种下降。

相反，研究人员提出，真正的问题可能在于气体在重子循环中的流动方式，而不是中性氢的总量。随着来自宇宙网的气体流动减弱，气体密度降低，星系将中性氢转化为分子氢（恒星实际形成的致密云）的效率可能会降低。因此，中性氢储库保持稳定，而直接为恒星形成提供燃料的分子气体却逐渐减少。

这些影响不仅仅局限于测量氢。这些发现为理解宇宙恒星形成引擎为何逐渐熄火提供了新的线索。结合FAST和DESI数据，为研究宇宙气体循环、恒星形成的长期下降以及更广泛的星系塑造过程提供了新的观测基准。

这项研究由来自中国科学院国家天文台、中国科学院上海天文台和上海交通大学的研究人员与DESI合作者共同领导。