FAST 联合 DESI 测量 45 亿年中性氢演化：恒星形成放缓或不是“燃料耗尽”

据 IT之家 9 月 26 日消息，中国科学院国家天文台、上海天文台、上海交通大学等机构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 的联合观测，对过去约 45 亿年宇宙中性氢的演化进行了高精度测量。研究显示，尽管宇宙中的恒星形成活动已经明显减弱，但作为重要冷气体储备的中性氢并没有同步枯竭。相关成果已发表于《自然·天文》。

这一结果对星系演化研究中的一个经典问题提出了新解释：宇宙“造星”效率下降，未必是因为原料不够，而可能是原料转化为恒星的中间环节变慢了。换句话说，宇宙缺的可能不是气体储备，而是把气体进一步加工成恒星的能力。

FAST 与 DESI 联手：从微弱 21 厘米信号中提取统计答案

中性氢是星系中关键的冷气体成分，会通过 21 厘米射电谱线发出极其微弱的信号，其特征频率约为 1420MHz。对于遥远星系而言，单个中性氢信号往往被背景噪声淹没，过去观测常面临“看得深但覆盖不够广”或“覆盖广但灵敏度不够”的限制。

此次研究的关键在于将两类观测能力结合起来：FAST 提供高灵敏度射电观测，DESI 则提供大规模光谱巡天数据。来源显示，研究团队分析了覆盖约三分之一天区的约 250 万个星系，并使用中性氢谱线叠加技术，将大量微弱信号按照星系红移进行精确对齐后叠加，从噪声中提取平均信号。

这种方法并不是试图“看清”每一个遥远星系的中性氢，而是通过大样本统计获得整体演化趋势。对宇宙学与星系演化研究来说，这类统计测量尤其重要，因为它能帮助研究者判断某种物质成分在长时间尺度上的变化，而不是被少数特殊天体所左右。

核心发现：恒星形成率下降快，中性氢储备下降慢

研究给出的结果显示，约 45 亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的 2.5 倍，而同期中性原子氢密度仅约为今天的 1.4 倍。这个差异意味着，恒星形成活动的衰退幅度明显大于中性氢储备的变化幅度。

此前一种流行解释认为，星系造星减弱是因为孕育恒星所需的冷气体不断消耗。如果这一图景成立，那么恒星形成率下降应当伴随冷气体储备同步减少。但此次 FAST 与 DESI 的联合测量并不支持这种简单的“燃料耗尽”模型。

• 观测对象：过去约 45 亿年宇宙中的中性氢演化。
• 数据基础：FAST 高灵敏度射电观测与 DESI 大规模光谱巡天结合。
• 样本规模：约 250 万个星系，覆盖约三分之一天区。
• 主要结论：恒星形成明显减弱，但中性氢储备并未同步枯竭。

影响与解读：星系演化的关键可能在“转化效率”

恒星并不是直接由中性氢形成。中性氢通常需要先转变为更致密的分子氢云，后者才是恒星诞生的直接环境。论文作者的解释是，晚期宇宙真正发生显著变化的，可能是气体从中性氢转化为分子氢、再进一步形成恒星的过程。

随着供气减弱、气体密度降低，中性氢向分子氢转变的效率可能下降。这样一来，中性氢可以相对稳定地保留下来，但真正能够直接孕育恒星的分子气体却逐渐减少。对中文科技读者而言，这一发现的意义在于，它把“宇宙为什么不再那么会造星”的问题，从单纯的资源消耗，推进到更复杂的物理过程研究。

这也体现了大科学装置与大规模巡天数据结合的价值：FAST 的射电灵敏度与 DESI 的光谱样本规模互补，使研究团队能够在单体信号极弱的情况下，通过统计方法追踪宇宙物质成分的长期演化。对于未来天文数据处理、自动化分析和大样本科学计算而言，这类研究同样展示了数据密集型科学的典型路径。

该研究由中国科学院国家天文台姜鹏研究员团队、上海天文台郭宏研究员团队，以及上海交通大学杨小虎教授、景益鹏院士团队联合 DESI 国际团队共同完成。来源显示，论文第一作者包括国家天文台张传朋副研究员、上海天文台郭宏研究员、上海交通大学顾一舟助理研究员。整体来看，FAST 在中性氢宇宙学观测中的能力正在通过国际合作被进一步放大。