原子氢大体仍在，恒星形成却明显下降

今天的星系形成的恒星远少于几十亿年前，但宇宙原子氢库并未以相同速度缩小。一项对约250万个星系的分析发现，过去45亿年这种气体只发生了微弱演化。两者不同步使问题发生转移：近期的瓶颈也许不在初始燃料总量，而在燃料抵达恒星诞生区域的过程。

Chuan-Peng Zhang及其同事把中国FAST射电望远镜的光谱，与DESI光学巡天提供的位置和距离结合起来。样本覆盖约1.2万平方度天空，从近邻宇宙延伸到红移0.41。遥远单个星系的中性氢辐射通常太弱，无法独立显现，因此团队将许多光谱对齐并叠加。叠加后的信号揭示大规模星系群体中氢原子产生的平均21厘米辐射。

在未经校正的数据中，从45亿年前到今天，宇宙原子氢密度下降了1.35倍，不确定度为0.10。研究人员随后建立观测的前向模型，估计光学样本选择和光谱叠加带来的偏差。经过保守校正，推断的下降幅度仅为1.12倍，不确定度同样为0.10。同期，宇宙恒星形成率密度下降了2.46倍。

团队还按恒星质量划分星系。在恒星质量相同的条件下，研究期内平均原子氢比例变化不到0.2 dex，也就是在对数尺度上小于约60%。这一结果与分子气体的测量形成对照；分子气体丰度与恒星形成下降更同步。分子氢是形成恒星的云得以组织起来的低温、高密度阶段。

数据本身不能指出究竟哪个过程减慢了恒星生产，但不支持一种简单解释：近期星系形成较少恒星，是因为宇宙原子氢库存被迅速耗尽。从弥散气体库到恒星之间还有一条链：气体必须进入星系、冷却、聚集、转化为分子，并抵御会加热或排出它的流动。观测到的不同步把注意力集中到这些中间步骤。

这项研究在巨大天空范围内测量了星系群体，为星系燃料补给与调控模型建立了基准。下一步需要区分原子气体如何在不同环境中进入星系、流动并转化为分子气体。原始燃料似乎一直相对充足；为何只有更小比例抵达制造恒星的区域，成为核心问题。