El universo está creando cada vez menos estrellas y los astrónomos no saben por qué

El universo ha estado produciendo menos estrellas últimamente y los astrónomos quieren saber por qué. La respuesta obvia es: no ha habido suficiente material para el nacimiento de estrellas. ¿Es eso cierto? Si es así, ¿qué otro proceso interviene que lo está ralentizando? Un equipo internacional dirigido por el investigador Hong Guo, de la Academia China de Ciencias, decidió profundizar en los motivos por los que parece que el nacimiento de estrellas está disminuyendo.

El equipo utilizó el radiotelescopio esférico de quinientos metros de apertura (FAST, por sus siglas en inglés) para realizar mediciones de alta precisión del hidrógeno neutro cósmico (HI) a lo largo de los últimos 4500 millones de años. Es una fuente importante para las galaxias y se detecta a través de emisiones de radio de 21 centímetros. La colaboración también incluyó observaciones realizadas con el proyecto del Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura (DESI). El estudio examinó una muestra de unos 2,5 millones de galaxias, que cubren casi un tercio del cielo. El resultado es que, hace 4500 millones de años, la tasa de formación estelar en todo el universo era aproximadamente 2,5 veces superior a la actual. Al mismo tiempo, la densidad de hidrógeno atómico neutro era aproximadamente 1,4 veces su nivel actual. Esto resulta extraño porque no explica el descenso actual en la formación de estrellas, según Hong, quien afirmó que lo que encontraron no es lo que esperaban.

“Lo que encontramos es que, durante los últimos 4500 millones de años, la formación estelar continuó disminuyendo sustancialmente, mientras que la reserva cósmica de hidrógeno atómico neutro cambió sorprendentemente poco“, afirmó, señalando que el estudio solo abarcaba ese período de tiempo. “No estamos estudiando la historia completa del declive en la formación estelar cósmica, sino más bien su fase tardía. La tasa de formación estelar cósmica alcanzó su máximo mucho antes, en torno a z~2, hace unos 10 000 millones de años, durante lo que los astrónomos llaman a veces ‘mediodía cósmico’. Ha estado disminuyendo desde entonces. La cantidad de hidrógeno atómico neutro cambia solo levemente, a pesar de que el ritmo al que se forman nuevas estrellas cambia con mucha más fuerza”.

Seguimiento del declive

Para entender el hallazgo, es importante observar las fuentes de combustible para el nacimiento de estrellas. Los astrónomos saben que la formación estelar depende de la existencia de nubes frías de gas de hidrógeno (H2). Resulta lógico suponer que, a medida que se forman estrellas en el universo, el H2 se consume, y eso debería provocar una fuerte caída de la formación estelar en épocas más recientes de la historia cósmica. Sin embargo, eso no es lo que ha ocurrido.

Para obtener H2 se necesita HI, que vincula el ciclo del gas cósmico a gran escala con la formación estelar en las galaxias. Esta reserva de hidrógeno neutro es un enlace entre el suministro más amplio de gas y la formación del gas molecular (H2) necesario para la formación de estrellas. El estudio parece dar a entender que los cambios observados en los últimos 4500 millones de años podrían no estar produciéndose en la reserva de HI. Más bien, ocurren en lo que se denomina el “ciclo bariónico”. Ese es el proceso mediante el cual la materia ordinaria (denominada materia bariónica) se intercambia entre las galaxias y el medio intergaláctico. El ciclo incluye los procesos que tienen lugar cuando la materia es atraída hacia el interior de una galaxia y cuando es expulsada de nuevo al medio intergaláctico.

En este caso, a medida que el suministro de gas procedente de la red cósmica general disminuye y se debilita, afecta a la eficiencia de la conversión del hidrógeno neutro en H2. El suministro global de hidrógeno neutro se mantiene estable, pero el gas molecular desaparece gradualmente y no se repone. Eso afecta a la tasa de formación estelar, lo que explica la caída observada en las épocas más recientes de la historia cósmica.

Líneas futuras de investigación

Aunque conocer la cantidad total de hidrógeno en el universo es importante, este estudio aporta una nueva perspectiva sobre las condiciones que influyen en el nacimiento de estrellas. El estudio de FAST-DESI es solo una referencia para comprender por qué la formación estelar disminuyó más recientemente, pero también tiene implicaciones para el estudio de la evolución galáctica. El FAST solo puede abarcar hasta hace unos 7200 millones de años, por lo que los estudios futuros deberían examinar las condiciones del universo anteriores a esa época. En particular, las observaciones futuras deberían incluir muestreos más profundos en una amplia variedad de longitudes de onda y frecuencias para captar las señales de épocas más tempranas.

El universo ha estado produciendo menos estrellas últimamente y los astrónomos quieren saber por qué. La respuesta obvia es: no ha habido suficiente material para el nacimiento de estrellas. ¿Es eso cierto? Si es así, ¿qué otro proceso interviene que lo está ralentizando? Un equipo internacional dirigido por el investigador Hong Guo, de la Academia China de Ciencias, decidió profundizar en los motivos por los que parece que el nacimiento de estrellas está disminuyendo.