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星形成は45億年前の40％水準、原子水素は74％…単純な燃料不足ではなかった
FAST電波望遠鏡とDESI観測を組み合わせた研究では、過去45億年で宇宙の星形成率は以前の約41％まで低下しましたが、中性原子水素は未補正の測定で約74％残っていると推定されました。星が少なくなる現象を単純な原子水素燃料枯渇だけで説明しにくいという意味です。
個々の銀河のガスがどれだけ残っているかを直接すべて撮影した結果ではありません。約250万個の銀河の非常に弱い21cm信号を統計的に重ねて平均を測定し、体系的な誤差補正方式によっては水素減少幅が小さくなることがあります。
何をどのように測定しましたか
研究者らは、FASTが捕捉した中性原子水素の21cm伝播スペクトルとDESIの光学分光データを組み合わせた。空約1万2千平方度の銀河約250万個を使って、あまりにも薄暗く、個々の検出が難しい信号を重ねて宇宙平均水素密度を推定しました。範囲は赤色が0から0.41、つまり最近約45億年です。
2つの減少率の違いはどれだけ大きいか
45億年前の星の生成率密度は現在の約2.46倍でした。同時期の中性原子水素密度は、原料で現在の1.35±0.10倍であり、保守的な体系的誤差補正の後には1.12±0.10倍と推定された。星の生成が減少した幅は原子水素の減少よりはるかに大きい。
なぜ原子水素がまさに星の燃料ではないのか
星は涼しく密な分子水素雲から主に生まれます。中性原子水素は重要な貯蔵庫ですが、まず分子水素に変わり、雲が十分に冷まして凝集しなければなりません。したがって、原子水素の総量が大幅に減らなくても、分子水素の転換や星生成効率が低下すると、星の誕生は減少する可能性があります。
何がまだ不確実なのか
信号を重ねる方法は非常に多くの銀河の平均を正確にしますが、個々の銀河の多様性を隠すことができます。サンプルの選択、ビーム内の隣接する銀河信号、水素質量補正などの体系的な誤差も残ります。研究者はいくつかの校正を適用しましたが、減少量の正確なサイズはその後の観測に絞り込む必要があります。
次は何を確認しますか
分子水素と原子水素を同じ銀河集団で一緒に測定し、銀河質量・環境・形態による差を比較しなければなりません。遠い過去まで直接21cmの信号を測定する観測も必要です。今回の結果は、星生成の減少の原因を一つに確定するよりも単純な燃料枯渇の説明を排除する新しい基準です。