O hidrogênio atômico ficou; a formação de estrelas caiu

As galáxias formam hoje muito menos estrelas do que há alguns bilhões de anos, mas o reservatório cósmico de hidrogênio atômico não encolheu no mesmo ritmo. Uma análise de cerca de 2,5 milhões de galáxias encontrou apenas uma evolução fraca desse gás nos últimos 4,5 bilhões de anos. A diferença desloca a pergunta: talvez o freio recente não seja a quantidade total do combustível inicial, e sim o caminho que o leva até as regiões onde estrelas nascem.

Chuan-Peng Zhang e colegas combinaram espectros do radiotelescópio FAST, na China, com posições e distâncias obtidas pelo levantamento óptico DESI. A amostra cobre aproximadamente 12 mil graus quadrados do céu e vai do Universo local até desvio para o vermelho 0,41. Como a emissão de hidrogênio neutro de uma galáxia distante costuma ser fraca demais para aparecer sozinha, a equipe alinhou e empilhou muitos espectros. A soma revela a emissão média de 21 centímetros produzida por átomos de hidrogênio em grandes populações.

Nos dados sem correção, a densidade cósmica de hidrogênio atômico caiu por um fator de 1,35, com incerteza de 0,10, entre 4,5 bilhões de anos atrás e o presente. Os pesquisadores construíram então um modelo de observação para estimar vieses da seleção óptica e do empilhamento. Depois das correções conservadoras, a queda inferida ficou em 1,12, também com incerteza de 0,10. No mesmo intervalo, a densidade da taxa cósmica de formação estelar diminuiu por um fator de 2,46.

A equipe também separou as galáxias por massa estelar. Para galáxias de mesma massa, a fração média de hidrogênio atômico mudou menos de 0,2 dex — uma diferença inferior a cerca de 60% numa escala logarítmica — ao longo do período analisado. O resultado contrasta com medições de gás molecular, cuja abundância acompanha mais de perto a queda da formação estelar. Hidrogênio molecular é a fase fria e densa a partir da qual as nuvens formadoras de estrelas se organizam.

Os dados não identificam sozinhos qual processo desacelerou a produção estelar. Eles desfavorecem, porém, a explicação simples de que as galáxias recentes formam menos estrelas porque consumiram rapidamente o estoque cósmico de hidrogênio atômico. Entre o reservatório difuso e uma estrela existe uma cadeia: o gás precisa entrar nas galáxias, esfriar, concentrar-se, converter-se em moléculas e resistir a fluxos que o aquecem ou expulsam. A discrepância observada concentra a investigação nessas etapas intermediárias.

Ao medir a população em uma área enorme do céu, o estudo estabelece um ponto de referência para modelos de alimentação e regulação de galáxias. O próximo avanço exigirá distinguir melhor como o gás atômico entra, circula e se transforma em gás molecular em diferentes ambientes. O combustível bruto parece ter permanecido relativamente abundante; compreender por que uma parcela menor chegou às fábricas de estrelas tornou-se o problema central.