近日，中国科学院国家天文台、上海天文台、上海交通大学等组成的国际合作团队，利用中国天眼FAST与国际暗能量光谱仪（DESI），对距今45亿年以来的宇宙中性氢演化进行了高精度测量。研究发现，尽管同期宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为星系重要气体储备的中性原子氢却仅发生缓慢变化。相关成果9月1日在国际学术期刊《自然·天文》发表。

为什么宇宙越来越难以形成新的恒星？这是星系形成与演化领域长期关注的核心问题。一个直观的解释是：随着宇宙演化，孕育恒星的冷气体不断被消耗，最终导致造星活动衰退。如果这一图景成立，那么恒星形成率的下降，必然应当伴随着冷气体储备的同步骤减。

中性原子氢（中性氢）是星系中最重要的冷气体储备之一，也是连接星系大尺度气体循环与内部恒星形成的关键纽带。然而，中性氢主要通过极其微弱的21厘米射电谱线被探测，对于遥远星系而言，单个信号往往淹没在背景噪声中。过去的观测长期受限于“看得深却看不广、看得广又不够深”的瓶颈，导致中低红移宇宙的中性氢总量如何随时间演变，始终缺少可靠的直接观测证据。

此次研究将FAST的高灵敏度射电观测与DESI的大规模光谱巡天深度融合，分析了覆盖约三分之一天区的约250万个星系。研究人员利用中性氢谱线叠加技术，将大量单个无法直接探测的微弱信号，按星系的红移精确对齐并叠加，成功从噪声中提取出平均中性氢信号，从而在前所未有的统计精度与大样本尺度上，精确追踪了宇宙中性氢的演化轨迹。

精准的测量结果显示：45亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期的中性原子氢密度仅约为今天的1.4倍。也就是说，在恒星形成活动大幅暴跌的同时，宇宙中的中性氢储备并未同步枯竭。这种演化速率上的强烈反差，直接排除了“中性氢快速耗尽导致恒星形成衰退”这一物理图景。

这项成果将该领域的探讨焦点，从“气体是否耗尽”推进到了“为何中性氢储备充足，恒星形成却日益艰难”，为解释宇宙为何逐渐停止恒星形成提供了全新的关键线索。

（总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉）

编辑/倪家宁