原子状水素は残ったが、星形成は大きく減った

現在の銀河は数十億年前よりはるかに少ない星しか作らないが、宇宙の原子状水素の貯蔵量は同じ速さでは減っていない。約250万個の銀河を調べた分析は、過去45億年間の変化が弱いことを示した。この食い違いは問いを変える。最近のボトルネックは初期燃料の総量よりも、燃料が星形成領域へ至る経路にあるのかもしれない。

Chuan-Peng Zhangらは中国のFAST電波望遠鏡のスペクトルと、光学サーベイDESIが得た位置と距離を組み合わせた。標本は約1万2000平方度の空を覆い、近傍宇宙から赤方偏移0.41まで達する。遠い一つの銀河からの中性水素放射は単独では通常弱すぎるため、チームは多数のスペクトルを位置合わせして重ねた。その合計から、大集団の水素原子が放つ平均的な21センチメートル線が現れる。

未補正データでは、45億年前から現在までに宇宙の原子状水素密度は1.35倍減少し、不確かさは0.10だった。研究者らは次に、光学的な標本選択と重ね合わせによる偏りを推定するため観測の順方向モデルを作った。保守的な補正後、推定された減少は1.12倍にとどまり、不確かさは同じく0.10だった。同じ期間に宇宙の星形成率密度は2.46倍低下した。

チームは銀河を恒星質量別にも分けた。同じ恒星質量で比べると、平均原子状水素比率の変化は調査期間を通じて0.2 dex未満、対数尺度で約60%未満だった。この結果は、存在量が星形成の低下により近く連動する分子ガスの測定と対照的である。分子状水素は、星を作る雲が組織される低温で高密度の段階だ。

データだけでは、どの過程が星の生産を遅らせたかは特定できない。ただし、最近の銀河が原子状水素の宇宙在庫を急速に使い果たしたため星を作れない、という単純な説明には不利である。拡散した貯蔵庫から星までには、銀河への流入、冷却、集中、分子への変換、加熱や排出を起こす流れへの抵抗という連鎖がある。観測された食い違いは、これらの中間段階に焦点を合わせる。

広大な空で銀河集団を測ったことで、この研究は銀河への燃料供給と調節のモデルに基準点を与えた。今後は異なる環境で原子状ガスがどう流入し、循環し、分子ガスへ変わるかを切り分ける必要がある。原料は比較的豊富に残ったらしい。より少ない割合しか星の工場へ届かなかった理由が中心課題となった。