Svemir sve teže rađa nove zvijezde, no nova mjerenja pokazuju da mu pritom ne ponestaje osnovnog „goriva” — što znanstvenike tjera na preispitivanje dosadašnjih modela evolucije galaksija.
Međunarodni tim predvođen istraživačima Kineske akademije znanosti (CAS), u suradnji s projektom Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), objavio je u časopisu Nature Astronomy studiju koja donosi dosad najpreciznija mjerenja količine neutralnog atomskog vodika u svemiru tijekom posljednjih 4,5 milijardi godina. Koristeći kineski radio teleskop FAST, znanstvenici su otkrili da je stopa rađanja zvijezda u tom razdoblju pala na manje od polovice nekadašnje razine, dok se rezerve ključnog plina nisu smanjile ni približno toliko.
Prije 4,5 milijardi godina svemir je stvarao zvijezde oko 2,5 puta brže nego danas, a gustoća neutralnog atomskog vodika bila je tek 1,4 puta veća. To znači da objašnjenje opadanja stvaranja zvijezda ne leži u jednostavnoj nestašici goriva, kako se dugo pretpostavljalo.
Problem koji je desetljećima mučio astronome
Neutralni atomski vodik (HI) ključni je hladni plin u galaksijama koji povezuje kozmički ciklus plina sa stvaranjem zvijezda. Otkriva se kroz iznimno slabe radio signale na valnoj duljini od 21 centimetra, no pojedinačni signali udaljenih galaksija često su potpuno izgubljeni u pozadinskoj buci.
Astronomi su se desetljećima suočavali s frustrirajućom dilemom: dubinska promatranja nisu mogla pokriti velika područja neba, dok široka istraživanja nisu imala osjetljivost za otkrivanje slabih signala. Upravo je ta tehnička prepreka onemogućavala pouzdano mjerenje evolucije ukupne mase HI u relativno bliskom svemiru.
Milijuni signala spojeni u jedan
Tim je zaobišao prepreku spajajući iznimnu radio osjetljivost teleskopa FAST s ogromnim optičkim spektroskopskim pregledom projekta DESI. Analizirali su uzorak od oko 2,5 milijuna galaksija koje pokrivaju gotovo trećinu neba. Inovativnom tehnikom slaganja spektara poravnali su slabe signale na temelju preciznih crvenih pomaka galaksija i tako iz buke izvukli prosječni signal HI.
Rezultati pokazuju da se fokus istraživanja mora pomaknuti s pitanja „ponestaje li plina” na pitanje „zašto je sve teže stvoriti zvijezde unatoč obilnim rezervama vodika”. Zvijezde se primarno rađaju u gušćim oblacima molekularnog plina, a atomski vodik je ključna međufaza između velikog kozmičkog dotoka plina i formiranja molekularnog plina.
Studija sugerira da se najvažnije promjene ne događaju u ukupnoj količini HI, nego u protoku plina kroz barionski ciklus. Kako dotok plina iz kozmičke mreže slabi i gustoća opada, učinkovitost pretvorbe HI u molekularni vodik vjerojatno se smanjuje. Upravo taj mehanizam omogućuje da rezerva HI ostane relativno stabilna iako molekularni plin koji izravno hrani zvijezde postupno nestaje.
Ovo otkriće postavlja novo mjerilo za proučavanje kasnog kozmičkog ciklusa plina i postavlja pitanje koje dosadašnji modeli nisu uspijevali riješiti: ako goriva ima dovoljno, zašto se zvjezdani motori svemira ipak gase? Odgovor će možda zahtijevati reviziju shvaćanja fizike molekularnih oblaka i procesa hlađenja plina u galaksijama, a ne samo brojanje zaliha vodika.
Ovo je zapravo vrlo zanimljiv zaokret u razumijevanju evolucije galaksija. Glavna poruka studije nije da svemiru ponestaje „goriva”, nego da gorivo sve slabije ulazi u fazu u kojoj može postati zvijezda. Pojednostavljeno, lanac izgleda ovako: kozmička mreža → atomski vodik (HI) → molekularni vodik (H₂) → guste molekularne nakupine → zvijezde Nova mjerenja pokazuju da se između prvog i drugog koraka ne događa dramatično pražnjenje zaliha. HI je još uvijek relativno obilatan. Ali čini se da je prijelaz iz HI u H₂ i stvaranje dovoljno gustih oblaka za pokretanje zvjezdane formacije sve manje učinkovit. Zašto je to važno? Ranija intuicija bila je otprilike: manje zvijezda → manje dostupnog plina → galaksije postupno ostaju bez goriva. Nova slika više nalikuje: manje zvijezda → plin ostaje, ali ne uspijeva dovoljno učinkovito prijeći u stanje potrebno za nastanak zvijezda. To je velika razlika. Ako je problem prvenstveno količina plina, dovoljno je pratiti dotok… Čitaj više »