O universo está produzindo menos “bebês” estelares. Nos últimos 4,5 mil milhões de anos, a taxa de formação de novas estrelas caiu para menos de metade do seu nível anterior. No entanto, tem havido surpreendentemente poucas mudanças no fornecimento de um dos mais importantes tipos de “combustível” para a formação de estrelas.
A descoberta vem de uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas da Academia Chinesa de Ciências (CAS), trabalhando com o projeto Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Usando o Radiotelescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) da China, os pesquisadores fizeram medições precisas do hidrogênio atômico neutro cósmico ao longo dos últimos 4,5 bilhões de anos.
Seus resultados mostram uma incompatibilidade surpreendente. A formação de estrelas diminuiu acentuadamente, enquanto a quantidade de hidrogénio atómico neutro (HI), um importante reservatório de gás nas galáxias, diminuiu modestamente.
As descobertas foram publicadas on-line astronomia da natureza Em 1º de setembro.
Por que o universo está produzindo menos estrelas?
Compreender porque é que a formação estelar se tornou menos activa à medida que o Universo envelhece é uma questão importante na investigação sobre a formação e evolução de galáxias. Uma explicação simples é que as galáxias consumiram gradualmente o gás frio necessário para a produção de estrelas.
No entanto, se a diminuição do fornecimento de gás frio fosse o principal responsável, os astrónomos esperariam que um declínio dramático na formação de estrelas fosse acompanhado por um declínio correspondentemente grande no gás disponível. Até agora, não foi observada uma queda tão acentuada nos comentários.
HI desempenha um papel central neste quebra-cabeça. É um importante reservatório de gás frio no interior das galáxias, ligando o fornecimento cósmico mais amplo de gás aos processos que, em última análise, formam novas estrelas. Os astrônomos detectam o HI principalmente através de sua linha de emissão de rádio extremamente fraca de 21 centímetros.
Esse sinal de galáxias distantes é difícil de detectar porque muitas vezes é sobrecarregado pelo ruído de fundo.
Levantamento rápido e nativo de milhões de galáxias
Durante anos, os astrônomos enfrentaram um grande desafio observacional. Levantamentos muito profundos podem atingir a sensibilidade necessária, mas não conseguem examinar grandes áreas do céu. Entretanto, os levantamentos que cobriam áreas muito maiores geralmente não tinham a sensibilidade necessária para detectar sinais de rádio tão fracos.
Como resultado, os cientistas têm lutado para determinar de forma direta e confiável como a massa total de HI do universo mudou de um universo com desvio para o vermelho baixo para intermediário.
A nova pesquisa abordou este problema combinando a extraordinária sensibilidade de rádio do FAST com o enorme conjunto de dados de espectroscopia óptica disponibilizado pelo DESI. A equipe estudou cerca de 2,5 milhões de galáxias abrangendo cerca de um terço do céu.
Os pesquisadores usaram o método de empilhamento espectral HI para combinar sinais de rádio que seriam fracos demais para serem detectados individualmente. Usando medições precisas do desvio para o vermelho de cada galáxia, eles alinharam os sinais fracos e os somaram. Este processo permitiu que o sinal HI médio emergisse do ruído de fundo.
Esta abordagem permitiu aos cientistas rastrear alterações no hidrogénio cósmico neutro utilizando uma amostra de tamanho sem precedentes e com precisão estatística excepcionalmente elevada.
A formação de estrelas ocorreu muito mais rápido que o hidrogênio
Os resultados revelaram uma grande lacuna entre a evolução da formação estelar e o fornecimento de hidrogénio neutro.
Há cerca de 4,5 mil milhões de anos, a taxa de formação estelar cósmica era cerca de 2,5 vezes superior à actual. No entanto, durante o mesmo período, a densidade atómica neutra do hidrogénio foi apenas 1,4 vezes o seu nível actual.
Por outras palavras, a formação estelar diminuiu dramaticamente sem um desaparecimento comparável das reservas de HI do Universo. As descobertas indicam que o rápido esgotamento do hidrogénio neutro não pode, por si só, explicar porque é que a formação de estrelas diminuiu tão fortemente.
mistério cósmico gira
Segundo os investigadores, os resultados mudam a questão central de “O gás está a tornar-se escasso” para “Porque é que está a tornar-se mais difícil formar estrelas apesar das abundantes reservas de hidrogénio neutro?”
As estrelas não se formam diretamente a partir da maior parte do hidrogênio atômico neutro. Eles surgem principalmente dentro de nuvens muito densas de gás molecular. O hidrogênio atômico neutro ocupa uma importante posição intermediária entre o grande suprimento de gás do universo e o hidrogênio molecular que pode, em última instância, alimentar a formação de estrelas.
Os investigadores sugerem que as mudanças mais significativas no universo recente podem envolver a forma como o gás se move através do ciclo bariónico, e não a quantidade de HI presente em geral.
À medida que o fluxo de gás através da teia cósmica se torna mais fraco e a densidade do gás diminui, as galáxias podem tornar-se menos eficientes na conversão de HI em hidrogénio molecular. Neste cenário, o stock global de HI pode permanecer relativamente constante enquanto o fornecimento de gás molecular diretamente responsável pela formação de estrelas diminui gradualmente.
Por que as fábricas estelares do universo estão desaparecendo?
Portanto, as implicações vão além da simples determinação de quanto hidrogênio existe no universo. Estas descobertas fornecem uma nova pista importante sobre a razão pela qual os gigantescos motores de formação de estrelas do Universo estão gradualmente a abrandar.
De acordo com os investigadores, a combinação de observações do FAST e do DESI fornece uma nova referência observacional para estudar o ciclo cósmico do gás, o declínio a longo prazo na formação de estrelas e os processos mais amplos que moldam as galáxias durante a evolução tardia do Universo.
A pesquisa foi liderada por cientistas dos Observatórios Astronômicos Nacionais da China, do Observatório Astronômico de Xangai do CAS e da Universidade Jiao Tong de Xangai, em colaboração com pesquisadores participantes do DESI.
Os colaboradores vieram de instituições de pesquisa da Ásia, América do Norte e Europa. Esta colaboração demonstra o potencial científico da combinação de observações de rádio altamente sensíveis com grandes levantamentos de espectroscopia óptica.
