Por que o universo está cada vez mais difícil de formar novas estrelas? Uma explicação popular é que o "combustível" que dá origem às estrelas — o gás frio — está sendo continuamente consumido, levando ao declínio da atividade de formação estelar. No entanto, a mais recente observação conjunta do "Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros da China" (FAST) e do Espectroscópio de Energia Escura Internacional (DESI) trouxe uma resposta inesperada: embora a atividade de formação estelar no universo tenha diminuído significativamente nos últimos 4,5 bilhões de anos, o hidrogênio neutro, uma importante reserva de gás frio, não se esgotou na mesma proporção. O "tanque de combustível" do universo ainda tem reservas, e o problema pode estar na etapa de "processamento". Os resultados da pesquisa foram publicados on-line na revista Nature Astronomy no dia 1º.
O hidrogênio neutro é o elo fundamental que conecta o ciclo de gás em grande escala das galáxias à formação estelar em seu interior. Ele emite sinais por meio da linha espectral de rádio de 21 centímetros, extremamente fraca. Para galáxias distantes, um sinal individual muitas vezes se perde no ruído de fundo, como é difícil ouvir um sussurro em uma praça movimentada. Portanto, faltavam evidências confiáveis sobre como a quantidade total de hidrogênio neutro no universo evoluiu.
Desta vez, uma equipe internacional de cooperação composta pelo Observatório Astronômico Nacional da Academia Chinesa de Ciências, o Observatório Astronômico de Xangai da Academia Chinesa de Ciências e a Universidade Jiao Tong de Xangai, entre outros, combinou profundamente as observações de rádio de alta sensibilidade do FAST com o levantamento espectroscópico em larga escala do DESI, analisando cerca de 2,5 milhões de galáxias que cobrem aproximadamente um terço do céu, rastreando a trajetória evolutiva do hidrogênio neutro no universo com uma precisão estatística sem precedentes.
"Usamos a técnica de empilhamento de linhas de hidrogênio neutro para alinhar e somar com precisão, de acordo com a distância das galáxias, os numerosos sinais fracos que não podem ser detectados individualmente. Isso equivale a fazer milhões de vozes fracas dizerem a mesma frase ao mesmo tempo, e finalmente extraímos o sinal médio do ruído", explicou Zhang Chuanpeng, primeiro autor do artigo e pesquisador associado do Observatório Astronômico Nacional da Academia Chinesa de Ciências.
Os resultados da medição mostram que a taxa de formação estelar no universo há 4,5 bilhões de anos era cerca de 2,5 vezes a atual, enquanto a densidade de hidrogênio atômico neutro no mesmo período era apenas cerca de 1,4 vezes a atual. Ou seja, enquanto a atividade de formação estelar "despencava", a reserva de hidrogênio neutro no universo não se esgotava na mesma proporção. "Se o 'esgotamento do combustível' fosse a causa principal, ambos deveriam diminuir em sincronia, mas os dados não apoiam essa afirmação", disse Guo Hong, autor correspondente do artigo e pesquisador do Observatório Astronômico de Xangai da Academia Chinesa de Ciências.
Então, onde está o problema? Zhang Chuanpeng explicou que as estrelas não se formam diretamente a partir do hidrogênio neutro. O hidrogênio neutro precisa primeiro se transformar em nuvens de hidrogênio molecular mais densas, que são o verdadeiro "berço" das estrelas. O que realmente mudou significativamente no universo tardio pode ser o processo de transformação do gás, do hidrogênio neutro para o hidrogênio molecular e, em seguida, para estrelas. Com a redução do fornecimento de gás e a diminuição da densidade do gás, a eficiência da transformação do hidrogênio neutro em hidrogênio molecular diminui. Assim, a reserva de hidrogênio neutro é preservada de forma relativamente estável, enquanto o gás molecular, que pode realmente dar origem diretamente a estrelas, está diminuindo lentamente.
"O que vemos não é falta de gás no universo, mas sim que o gás está cada vez mais difícil de ser 'processado' em estrelas", afirmou Guo Hong. Essa descoberta desloca o foco da discussão de "se o gás se esgotou" para "por que há gás, mas ele não é utilizado", fornecendo novas pistas importantes para entender o declínio da formação estelar no universo.