מדידות משולבות של FAST ו-DESI מראות שב-4.5 מיליארד השנים האחרונות קצב יצירת הכוכבים ירד בחדות, בעוד מאגר המימן האטומי הצטמצם מעט בלבד. הממצא מפנה את תשומת הלב לשלב שבו הגז האטומי הופך למימן מולקולרי צפוף שממנו נוצרים כוכבים.
אחת התעלומות המרכזיות באבולוציה של היקום היא מדוע גלקסיות מייצרות כיום הרבה פחות כוכבים מאשר בעבר. מחקר חדש, המבוסס על תצפיות מטלסקופ הרדיו הסיני FAST ועל נתוני DESI, מראה שההסבר הפשוט ביותר — שהגלקסיות פשוט "נגמרו מהדלק" — אינו מספיק.
מאגר המימן לא נעלם בקצב שבו דעכה יצירת הכוכבים
במהלך כ-4.5 מיליארד השנים האחרונות היה קצב היווצרות הכוכבים ביקום בעבר גבוה פי כ-2.5 מהקצב כיום. לעומת זאת, צפיפות המימן האטומי הניטרלי (HI) היתה גבוהה רק פי כ-1.4 מערכה הנוכחי. כלומר, פעילות יצירת הכוכבים צנחה הרבה יותר מהר ממאגר הגז האטומי שממנו מתחיל מחזור הדלק של הגלקסיות.
החוקרים השתמשו ב-FAST — טלסקופ הרדיו בעל המפתח הכדורי בקוטר 500 מטר — ושילבו את המדידות עם סקר DESI. הם ניתחו מדגם של כ-2.5 מיליון גלקסיות המכסה כמעט שליש מהשמיים, והשתמשו בשיטת stacking ספקטרלית כדי לצרף אותות חלשים של קו 21 הסנטימטרים של מימן ניטרלי.
הבעיה כנראה נמצאת בדרך מן המימן האטומי לעננים מולקולריים
כוכבים אינם נוצרים ישירות מן המאגר הדליל של מימן אטומי. הגז צריך להתרכז, להתקרר ולהפוך למימן מולקולרי בעננים צפופים. המחקר מציע שבשלבים המאוחרים של התפתחות היקום ירדה היעילות של המעבר הזה. אספקת הגז מן הרשת הקוסמית נחלשת, הצפיפות יורדת, ופחות מן המימן האטומי מגיע למצב שמאפשר יצירת כוכבים.
גם משוב מכוכבים ומחורים שחורים על-מסיביים עשוי להשפיע: קרינה, רוחות, סופרנובות וגרעינים גלקטיים פעילים יכולים לחמם את הגז או להרחיקו מאזורים שבהם היה מסוגל לקרוס.
השאלה משתנה: לא כמה דלק נשאר, אלא מה הגלקסיות מצליחות לעשות בו
התוצאה החדשה משנה את מוקד הדיון. במקום לשאול רק האם מאגר הגז הקוסמי הולך ואוזל, צריך לברר מדוע גלקסיות מתקשות יותר ויותר להפוך את המימן הזמין לעננים מולקולריים ולכוכבים. החוקרים מציגים את המדידה המשותפת של FAST ו-DESI כנקודת ייחוס חדשה לחקר מחזור הגז המאוחר ביקום.
שאלות ותשובות
מדוע נוצרים כיום פחות כוכבים מאשר בעבר?
המחקר מראה שהירידה אינה מוסברת רק במחסור במימן אטומי. נראה שחלק חשוב מן השינוי מתרחש ביכולת של הגז לעבור למצבים צפופים ומולקולריים שמהם נוצרים כוכבים.
מה מצאו FAST ו-DESI?
החוקרים מצאו שלפני 4.5 מיליארד שנה קצב יצירת הכוכבים היה גבוה בערך פי 2.5 מהיום, אך צפיפות המימן האטומי היתה גבוהה רק פי 1.4.
למה מימן אטומי חשוב?
מימן אטומי ניטרלי הוא מאגר מרכזי במחזור הגז של גלקסיות. ממנו יכול להיווצר מימן מולקולרי בעננים קרים וצפופים, שבהם מתחילה קריסת הגז לכוכבים.
כמה גלקסיות נכללו במחקר?
כ-2.5 מיליון גלקסיות, במדגם המשתרע על כמעט שליש מהשמיים.
המאמר המדעי
Weak evolution of cosmic atomic hydrogen over the past 4.5 billion years