¿Por qué al universo le resulta cada vez más difícil formar nuevas estrellas? Una teoría popular sostiene que el "combustible" que da origen a las estrellas —el gas frío— se consume constantemente, lo que provoca el declive de la actividad de formación estelar. Sin embargo, la más reciente observación conjunta del "Ojo de Cielo" de China (FAST) y el Espectrógrafo de Energía Oscura Internacional (DESI) ha arrojado una respuesta inesperada: aunque la actividad de formación estelar en el universo se ha debilitado notablemente en los últimos 4.500 millones de años, el hidrógeno neutro, una importante reserva de gas frío, no se ha agotado al mismo ritmo. El "tanque de combustible" del universo aún tiene reservas, y el problema podría residir en la etapa de "procesamiento". Los resultados de la investigación se publicaron en línea el día 1 en la revista Nature Astronomy.
El hidrógeno neutro es un vínculo clave que conecta el ciclo de gas a gran escala de las galaxias con la formación estelar en su interior. Emite señales a través de la extremadamente débil línea espectral de radio de 21 centímetros. Para galaxias distantes, una señal individual suele perderse en el ruido de fondo, como es difícil escuchar el susurro de una persona en una plaza ruidosa. Por ello, ha faltado evidencia fiable sobre cómo ha evolucionado la cantidad total de hidrógeno neutro en el universo.
En esta ocasión, un equipo internacional de colaboración, integrado por el Observatorio Astronómico Nacional de la Academia China de Ciencias, el Observatorio Astronómico de Shanghái de la Academia China de Ciencias y la Universidad Jiao Tong de Shanghái, entre otros, combinó profundamente las observaciones de radio de alta sensibilidad del FAST con el amplio sondeo espectroscópico del DESI. Analizaron aproximadamente 2,5 millones de galaxias que cubren alrededor de un tercio del cielo, trazando la trayectoria evolutiva del hidrógeno neutro del universo con una precisión estadística sin precedentes.
"Utilizamos la técnica de apilamiento de líneas de hidrógeno neutro para alinear y superponer con precisión, según la distancia de las galaxias, numerosas señales débiles que individualmente no pueden detectarse directamente. Es como si millones de voces débiles gritaran la misma frase al mismo tiempo; finalmente extrajimos la señal promedio del ruido", explicó Zhang Chuanpeng, primer autor del artículo e investigador asociado del Observatorio Astronómico Nacional de la Academia China de Ciencias.
Los resultados de las mediciones muestran que la tasa de formación estelar del universo hace 4.500 millones de años era aproximadamente 2,5 veces la actual, mientras que la densidad de hidrógeno atómico neutro en el mismo período era solo aproximadamente 1,4 veces la de hoy. Es decir, mientras la actividad de formación estelar se desplomaba, las reservas de hidrógeno neutro del universo no se agotaban al mismo ritmo. "Si el 'agotamiento del combustible' fuera la causa principal, ambos deberían haber disminuido al mismo ritmo, pero los datos no respaldan esta afirmación", señaló Guo Hong, autor de correspondencia del artículo e investigador del Observatorio Astronómico de Shanghái de la Academia China de Ciencias.
Entonces, ¿dónde está el problema? Zhang Chuanpeng explicó que las estrellas no se forman directamente a partir del hidrógeno neutro. El hidrógeno neutro primero debe transformarse en nubes de hidrógeno molecular más densas, que son el verdadero "lugar de nacimiento" de las estrellas. Lo que realmente ha cambiado de manera significativa en el universo tardío podría ser el proceso de conversión del gas, desde hidrógeno neutro a hidrógeno molecular y luego a estrellas. A medida que el suministro de gas se debilita y la densidad del gas disminuye, la eficiencia de conversión del hidrógeno neutro en hidrógeno molecular también desciende. Así, las reservas de hidrógeno neutro se conservan de manera relativamente estable, mientras que el gas molecular, que realmente puede dar origen directamente a estrellas, disminuye lentamente.
"Lo que observamos no es que al universo le falte gas, sino que al gas le resulta cada vez más difícil ser 'procesado' para convertirse en estrellas", afirmó Guo Hong. Este descubrimiento traslada el foco del debate de "si el gas se ha agotado" a "por qué hay gas pero no se puede utilizar", proporcionando nuevas pistas clave para comprender el declive de la formación estelar en el universo.