El hidrógeno atómico permaneció mientras cayó la formación de estrellas

Las galaxias forman hoy muchas menos estrellas que hace varios miles de millones de años, pero el reservorio cósmico de hidrógeno atómico no se redujo al mismo ritmo. Un análisis de unos 2,5 millones de galaxias encontró una evolución débil de este gas durante los últimos 4.500 millones de años. La diferencia desplaza la pregunta: el freno reciente quizá no sea la cantidad total de combustible inicial, sino el camino que recorre hasta las regiones donde nacen estrellas.

Chuan-Peng Zhang y sus colegas combinaron espectros del radiotelescopio FAST, en China, con posiciones y distancias del sondeo óptico DESI. La muestra cubre unos 12.000 grados cuadrados del cielo y se extiende desde el Universo cercano hasta un corrimiento al rojo de 0,41. Como la emisión de hidrógeno neutro de una galaxia distante suele ser demasiado débil para verse por separado, el equipo alineó y apiló muchos espectros. La suma revela la emisión media de 21 centímetros producida por átomos de hidrógeno en grandes poblaciones.

En los datos sin corregir, la densidad cósmica de hidrógeno atómico disminuyó por un factor de 1,35, con una incertidumbre de 0,10, entre hace 4.500 millones de años y el presente. Los investigadores construyeron después un modelo de observación para estimar sesgos de la selección óptica y el apilamiento. Tras correcciones conservadoras, la reducción inferida fue de solo 1,12, también con incertidumbre de 0,10. En el mismo intervalo, la densidad de la tasa cósmica de formación estelar cayó por un factor de 2,46.

El equipo también separó las galaxias por masa estelar. A igual masa estelar, la fracción media de hidrógeno atómico cambió menos de 0,2 dex —menos de aproximadamente un 60% en escala logarítmica— durante el periodo estudiado. El resultado contrasta con las mediciones de gas molecular, cuya abundancia acompaña más de cerca la caída de la formación estelar. El hidrógeno molecular es la fase fría y densa a partir de la cual se organizan las nubes formadoras de estrellas.

Los datos por sí solos no identifican qué proceso desaceleró la producción estelar. Sí desfavorecen la explicación simple de que las galaxias recientes forman menos estrellas porque agotaron rápidamente el hidrógeno atómico cósmico. Entre un reservorio difuso y una estrella hay una cadena: el gas debe entrar en las galaxias, enfriarse, concentrarse, convertirse en moléculas y resistir flujos que lo calientan o expulsan. La discrepancia observada dirige la investigación hacia esas etapas intermedias.

Al medir una población en un área enorme del cielo, el estudio establece una referencia para los modelos de alimentación y regulación de galaxias. El próximo avance exige distinguir cómo el gas atómico entra, circula y se transforma en gas molecular en ambientes distintos. El combustible bruto parece haber seguido siendo relativamente abundante; el problema central es por qué una parte menor llegó a las fábricas de estrellas.