中國 FAST 望遠鏡改寫恆星形成減緩之謎

數十年來，天文學家一直看著宇宙變得越來越寂靜。星系曾經極其忙碌，將冷氣體攪動成新的恆星，但這種活動在數十億年間急劇下降。主要的解釋很簡單：星系正在耗盡燃料。冷氫氣體——恆星的原料——被認為正穩定地被消耗，且從未得到足夠快的補充。

一項新的國際研究顯示，這個故事並不完整。一個由中國國家天文台、上海天文台和上海交通大學參與的國際團隊，結合了世界上兩台最強大的儀器，來測量過去 45 億年間實際存在的中性氫——餵養恆星形成的冷氣體——有多少。

這兩台儀器分別是位於貴州省的五百米口徑球面射電望遠鏡，即 FAST，以及位於亞利桑那州的暗能量光譜儀，即 DESI。FAST 是世界上最大的單口徑電波望遠鏡，其靈敏度使其特別擅長探測微弱的氫訊號。與此同時，DESI 繪製了巨大空間體積中數百萬個星系的地圖。兩者結合，提供了一種在同一宇宙時間尺度上比較恆星形成率與氣體供應的方法。

發表在《自然天文學》期刊上的結果是，兩者並不同步。恆星形成已急劇減弱，但中性氫儲備並未以相同的速度枯竭。換句話說，星系仍然含有大量形成恆星的原料。它們似乎正在失去的是處理這些原料的能力。

這一發現將注意力從供應轉向過程。氣體必須冷卻、聚集並在重力下坍縮，才能點燃成恆星，而每一個步驟都可能被打斷。爆炸恆星驅動的流出、超大質量黑洞的加熱，或成熟星系單純的湍流，都可能使氣體過熱或過於稀薄，無法有效坍縮。一個星系可以富含氣體，卻仍然幾乎不育。

這種重新框架很重要，因為它觸及了星系演化中的一個核心問題：為什麼宇宙的恆星形成時代在數十億年前達到頂峰，此後一直逐漸減弱。如果燃料耗盡不是主因，那麼關於星系如何成長、老化並最終沉寂的模型將需要修訂。

對中國天文學界而言，這項工作也是國際合作的一個里程碑。FAST 是在中國提出並建造的，但其最有價值的科學越來越來自與其他地方儀器的搭配。電波觀測可以追蹤光學巡天看不見的冷氣體，而大型光譜巡天則提供了單一望遠鏡無法獨自彙集的統計樣本。

對於任何仰望天空的人來說，還有一個更廣泛的教訓。宇宙歷史不是一個簡單的耗竭故事，像火燒盡最後幾根木柴。它看起來更像一個貨架上仍有食材、卻失去了廚師的廚房。理解箇中原因——以及這種減緩在任何星系中是否可逆——將讓天文學家忙碌多年，也將讓像這樣的團隊繼續把他們的碟形天線和光譜儀對準同一片天空。