Масштабное исследование нейтрального водорода за последние 4,5 миллиарда лет выявило парадокс: темп звездообразования во Вселенной снизился примерно в 2,5 раза, в то время как плотность HI — первичного резерва атомарного водорода, из которого образуется молекулярный газ H₂ и затем звезды, — упала всего на 1,4 раза. По словам руководителя проекта Хун Го, мы видим, что за эти 4,5 миллиарда лет звездообразование снижалось существенно, а запас HI изменился менее чем ожидалось; это не то, чего можно было ожидать.

Данные были собраны двумя мощными инструментами: радиотелескоп FAST в Гуйчжоу, который фиксирует излучение HI на длине волны 21 сантиметр и позволяет картировать распределение нейтрального водорода в галактиках, и спектроскопический проект DESI на телескопе имени Николаса Мэйолла в Аризоне, который зафиксировал данные почти о 2,5 миллионах галактик и охватил примерно треть неба.

Изображение, иллюстрирующее проект, сопровождается указанием источника ESO / VLT / FORS1.

Авторы подчёркивают, что речь идёт именно о поздней фазе спада звездообразования: пик звездообразования, достигший красного смещения z~2 примерно 10 миллиардов лет назад, позади, и с тех пор темп падает. Даже на этом позднем этапе разрыв между устоявшимся запасом HI и сокращающимся производством звёзд требует объяснения.

Логика «HI → H₂ → звёзды» предполагает, что с окончанием HI цепочка прерывается. Но новые данные показывают, что HI никуда не исчезает. Учёные предлагают, что дело в барионном цикле — движении обычного вещества между галактиками и межгалактической средой. По мере старения Вселенной поставки газа из крупномасштабной паутины, как полагают авторы, ослабевают, общий запас HI остаётся стабильным, но превращение его в молекулярный газ становится менее эффективным, а молекулярный газ, уже расходованный на звезды, не восполняется.

Полученный результат — моментальный снимок поздней Вселенной, а не завершённая история спада. FAST способен заглянуть назад примерно на 7,2 миллиарда лет; для понимания эпохи пика космического полдня и ранее потребуются более глубокие обзоры в разных диапазонах и частотах. Авторы подчёркивают, что это всего лишь одна опорная точка, но она задаёт направление будущим исследованиям истории крупномасштабной Вселенной.