El colapso de la formación estelar en el universo a pesar de la abundancia de hidrógeno

En un hallazgo sorprendente, un equipo de investigadores liderado por la Academia China de Ciencias demostró que, a pesar de la notable disminución en la formación de estrellas en el universo, la cantidad de hidrógeno neutro, un componente clave para su creación, ha cambiado muy poco en los últimos 4.5 mil millones de años. Utilizando el telescopio de radio FAST de China y datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), los científicos encontraron que la tasa de formación estelar era aproximadamente 2.5 veces mayor hace 4.5 mil millones de años, mientras que los niveles de hidrógeno neutro solo eran 1.4 veces más altos.

Este análisis, publicado en la revista Nature Astronomy el 1 de septiembre, destaca una discrepancia notable: mientras la formación estelar ha disminuido drásticamente, la cantidad de hidrógeno neutro, que actúa como un importante reservorio de gas en las galaxias, ha experimentado una caída mucho más modesta.

Entender por qué la formación estelar ha disminuido a medida que el universo envejece es una de las preguntas centrales en el estudio de la formación y evolución de galaxias. Una explicación simple sugiere que las galaxias han ido consumiendo gradualmente el gas frío necesario para producir nuevas estrellas. Sin embargo, si este fuera el principal factor, los astrónomos esperarían que la caída en la formación estelar se acompañara de una disminución similar en la disponibilidad de gas, algo que no se ha observado hasta ahora.

El hidrógeno neutro juega un papel fundamental en este enigma, ya que conecta el suministro cósmico de gas con los procesos que finalmente producen nuevas estrellas. Los astrónomos detectan principalmente el hidrógeno neutro a través de su tenue línea de emisión de radio de 21 centímetros. Sin embargo, captar esa señal de galaxias distantes es complicado, ya que a menudo se ve opacada por el ruido de fondo.

Los investigadores superaron este desafío combinando la sensibilidad radiofónica excepcional del FAST con el vasto conjunto de datos de espectroscopía óptica proporcionado por DESI, estudiando alrededor de 2.5 millones de galaxias en casi un tercio del cielo. Mediante un método de apilamiento espectral de hidrógeno neutro, lograron combinar señales que de otro modo habrían sido demasiado débiles para detectar individualmente. Esta técnica permitió que la señal promedio de hidrógeno neutro emergiera del ruido de fondo.

Los resultados revelaron una diferencia significativa entre la evolución de la formación estelar y el suministro de hidrógeno neutro. Hace 4.5 mil millones de años, la tasa de formación estelar era aproximadamente 2.5 veces más alta que en la actualidad, mientras que la densidad de hidrógeno neutro solo era 1.4 veces superior a la actual. Esto indica que la disminución de la formación estelar no puede ser explicada únicamente por el agotamiento del hidrógeno neutro.

Los investigadores sugieren que la pregunta central ha cambiado de "¿se está agotando el gas?" a "¿por qué es cada vez más difícil formar estrellas a pesar de la abundancia de reservas de hidrógeno neutro?". Las estrellas no se forman directamente del hidrógeno neutro, sino que nacen principalmente en nubes más densas de gas molecular. Por lo tanto, los cambios más importantes en el universo reciente podrían estar relacionados con cómo se mueve el gas a través del ciclo de baryones, en lugar de la cantidad total de hidrógeno neutro disponible.

Como resultado, los hallazgos ofrecen una nueva pista sobre por qué los motores de formación estelar del universo han ido desacelerándose gradualmente. La combinación de observaciones de FAST y DESI proporciona un nuevo estándar para estudiar el ciclo de gas cósmico durante la evolución posterior del universo y la larga declinación en la formación estelar.

Temas