Vesolje danes ustvarja precej manj novih zvezd kot pred milijardami let, vendar osnovnega plinskega rezervoarja ni zmanjkalo niti približno tako hitro. Nova analiza približno 2,5 milijona galaksij je razkrila presenetljivo neskladje, ki astronomom odpira novo vprašanje: če je nevtralnega vodika še vedno toliko, zakaj nastaja vse manj zvezd?
Galaksija z območji plina in nastajanja novih zvezd. (foto: Dnevne Novice / AI ilustracija)
Zvezd nastaja vse manj, vodik pa ni izginil
Astronomi že dolgo vedo, da je bilo vesolje v preteklosti precej živahnejši prostor za nastajanje novih zvezd. Ena najbolj neposrednih razlag za poznejši upad bi bila preprosta: galaksije porabljajo plin, iz katerega nastajajo zvezde, zato ga sčasoma ostaja vse manj. Nova raziskava kaže, da ta razlaga sama po sebi ne zadošča.
Mednarodna skupina pod vodstvom raziskovalcev Chinese Academy of Sciences je združila radijske meritve teleskopa FAST s podatki spektroskopskega pregleda DESI. Analiza približno 2,5 milijona galaksij na skoraj tretjini neba jim je omogočila pogled na spreminjanje količine nevtralnega atomskega vodika v zadnjih približno 4,5 milijarde let.
Primerjava je pokazala izrazito razliko. Pred 4,5 milijarde let je bila stopnja nastajanja zvezd približno 2,5-krat višja kot danes, gostota nevtralnega atomskega vodika pa le približno 1,4-krat višja. Če bi bilo hitro izčrpavanje tega plinskega rezervoarja glavni razlog za upad nastajanja zvezd, bi astronomi pričakovali precej večjo spremembo njegove količine.
Ključ se morda skriva v pretvorbi plina
Nevtralni atomski vodik oziroma HI je pomemben rezervoar snovi v galaksijah, vendar se zvezde ne rojevajo neposredno iz njega. Nastajajo predvsem v gostih in hladnih oblakih molekularnega plina. Atomski vodik mora zato skozi procese, ki omogočijo nastanek takšnega gostega okolja.
Če se je skozi milijarde let zmanjšala učinkovitost pretvarjanja razpoložljivega plina v hladno molekularno fazo, lahko zaloga atomskega vodika ostaja razmeroma velika, nastajanje novih zvezd pa kljub temu močno upade. Raziskovalci opozarjajo, da bi lahko pri tem pomembno vlogo igrala manjši dotok plina v galaksije in njegova nižja gostota.
Avtorji raziskave, objavljene v Nature Astronomy, ugotavljajo, da hitro izčrpavanje nevtralnega atomskega vodika ne more samo po sebi pojasniti velikega upada nastajanja zvezd. Rezultati zato usmerjajo pozornost na procese, ki določajo, kako plin kroži skozi galaksije in kako učinkovito lahko doseže okolja, v katerih se rojevajo zvezde.
FAST in DESI sta omogočila pogled na 2,5 milijona galaksij
Merjenje nevtralnega atomskega vodika na tako velikih razdaljah ni preprosto. Astronomi ga zaznavajo prek značilnega radijskega signala pri valovni dolžini 21 centimetrov, pri oddaljenih galaksijah pa je ta tako šibek, da ga je pri posameznem objektu pogosto težko ločiti od šuma.
Raziskovalci so zato združili občutljivost 500-metrskega radijskega teleskopa FAST z natančnimi podatki o položajih in rdečih premikih galaksij, ki jih zagotavlja Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Šibke signale velikega števila galaksij so statistično združili in tako izluščili povprečen signal vodika, ki bi ga pri večini posameznih galaksij težko zanesljivo zaznali.
Obseg podatkov je raziskovalcem omogočil precej širši pogled kot prejšnje meritve. Približno 2,5 milijona galaksij na skoraj 12.000 kvadratnih stopinjah neba je ustvarilo obsežno sliko tega, kako se je kozmična zaloga atomskega vodika spreminjala skozi milijarde let.
Nastanek zvezde je seveda šele začetek njenega razvoja. Nekatere končajo razmeroma mirno, druge eksplodirajo, v ekstremnih primerih pa lahko zaidejo v gravitacijski objem supermasivne črne luknje. Na Dnevnih Novicah smo nedavno pisali o primeru, ko črna luknja isto zvezdo trga znova in znova. V širšem kozmičnem merilu pa astronomi zdaj poskušajo razumeti nasprotni konec tega življenjskega cikla – zakaj se novih zvezd rojeva vedno manj.
Uganka ni več samo v količini vodika
Meritve ne pomenijo, da imajo galaksije neomejeno zalogo materiala ali da se količina plina skozi čas ne spreminja. Pokažejo pa, da je zaloga nevtralnega atomskega vodika v zadnjih 4,5 milijarde let upadala precej počasneje kot stopnja nastajanja zvezd.
To spreminja tudi vprašanje, ki ga morajo astronomi razrešiti. Namesto preprostega iskanja manjkajočega vodika postaja vse pomembneje razumeti celoten cikel plina – njegov dotok v galaksije, segrevanje in ohlajanje, kroženje ter pretvorbo v gosto molekularno snov, iz katere lahko nastanejo nove zvezde.
Rezultati zato ne kažejo vesolja, ki bi mu preprosto zmanjkovalo atomskega vodika. Večja uganka je, zakaj galaksije razpoložljivo zalogo skozi milijarde let vse manj učinkovito pretvarjajo v pogoje, iz katerih se lahko rodijo nove zvezde.