U posljednjih 4,5 milijardi godina stopa nastajanja zvijezda u svemiru više se nego prepolovila. Najjednostavnije objašnjenje bilo bi da su galaksije u međuvremenu potrošile velik dio potrebnog plina. Nova mjerenja, međutim, pokazuju da neutralnog vodika još ima gotovo koliko i prije.
Međunarodni tim astronoma izmjerio je kako se u istom razdoblju mijenjala količina neutralnog atomskog vodika, koji čini veliku zalihu hladnog plina u galaksijama. Rezultati, objavljeni u časopisu Nature Astronomy, pokazuju da se njegova ukupna gustoća smanjila mnogo manje od stope nastajanja zvijezda.
Pad stope stvaranja zvijezda nije, dakle, moguće objasniti jednostavnim nestankom goriva. Astronomi sada pokušavaju otkriti zašto galaksije raspoloživi atomski vodik sve teže pretvaraju u guste oblake iz kojih se rađaju zvijezde.
Kako su izmjerili vodik u 2,5 milijuna galaksija
Neutralni atomski vodik astronomi prate pomoću radioemisije valne duljine 21 centimetar. Ona otkriva koliko hladnog plina sadrži galaksija, ali na velikim udaljenostima postaje toliko slaba da se signal pojedine galaksije najčešće izgubi u pozadinskom šumu.
Istraživači su povezali osjetljiva mjerenja radioteleskopa FAST s podacima o crvenom pomaku galaksija iz spektroskopskog pregleda DESI-ja. Crveni pomak pokazuje koliko je galaksija udaljena i omogućuje da se njezin radiosignal potraži na točno određenoj frekvenciji.
U analizu je uključeno približno 2,5 milijuna galaksija na području od oko 12.000 četvornih stupnjeva, što odgovara gotovo trećini cijelog neba. Pojedinačni signali bili su preslabi za pouzdano mjerenje, pa su ih astronomi poravnali i zbrojili. Slaganjem velikog broja spektara smanjuje se pozadinski šum, dok zajednički signal vodika postaje dovoljno snažan za mjerenje.
Mjerenje obuhvaća posljednjih 4,5 milijardi godina i uključuje više galaksija od svih prethodnih analiza razvoja kozmičke zalihe neutralnog vodika u tom razdoblju.
Vodika je bilo tek nešto više nego danas
Prije 4,5 milijardi godina stopa nastajanja zvijezda bila je 2,46 puta veća nego danas. Bez dodatnih korekcija podaci pokazuju da je gustoća neutralnog atomskog vodika tada bila samo 1,35 puta veća. Nakon konzervativnih korekcija za moguće sustavne pogreške razlika se smanjuje na svega 1,12 puta.
Nerazmjer se vidi i kada se uspoređuju galaksije slične zvjezdane mase. Prosječni udio neutralnog vodika u njima tijekom posljednjih 4,5 milijardi godina nije se ni približno prepolovio. Isti se obrazac pojavljuje u cijeloj promatranoj populaciji, a ne samo u jednoj skupini galaksija.
Sav plin, međutim, nije jednako dostupan za stvaranje zvijezda. Atomski vodik čini veliku zalihu hladnog plina, dok se zvijezde rađaju u hladnijim i gušćim oblacima molekularnog vodika. Plin najprije mora stići u galaksiju, zgusnuti se i prijeći iz atomskog u molekularno stanje. Tek tada nastaju uvjeti u kojima gravitacija može pokrenuti sažimanje oblaka i rađanje zvijezda.
Količina molekularnog plina, prema dosadašnjim mjerenjima, opadala je usporedo sa stopom nastajanja zvijezda. Glavni uzrok pada mogao bi se kriti u procesima koji atomski vodik pretvaraju u molekularni.
Problem nije količina plina, nego put do zvijezda
Jedno od mogućih objašnjenja jest slabljenje dotoka plina iz kozmičke mreže, sustava golemih niti plina i tamne tvari duž kojih se okupljaju galaksije. Ako u galaksije stiže manje svježeg plina ili je on rjeđi nego prije, atomski vodik može ostati prisutan, a da se ne pretvara dovoljno brzo u molekularne oblake.
Na taj prijelaz mogu utjecati i temperatura, tlak, magnetska polja, zračenje mladih zvijezda te aktivnost supermasivnih crnih rupa. Mjerenja ne pokazuju koji je od tih procesa najvažniji, ali isključuju brzo trošenje neutralnog vodika kao glavno objašnjenje pada stvaranja zvijezda u posljednjih nekoliko milijardi godina.
Buduća mjerenja morat će pokazati gdje nastaje zastoj: pri dotoku plina u galaksije, njegovu hlađenju ili pretvorbi u molekularne oblake. Tek će tada biti moguće objasniti zašto su zalihe atomskog vodika ostale velike dok se stopa nastajanja zvijezda više nego prepolovila.
