宇宙全体の星の誕生が急速に減速している——中国科学院の国際研究チームが謎を解く
過去45億年間で宇宙全体における星の誕生率が約2.5倍低下している。中国科学院のホン・グオ主導の国際研究チームがこの現象の原因を調査し、当初の仮説を覆す結果を導き出した。直感的には、星を形成する材料が枯渇しているはずだと考えられてきたが、実際はそうではないというのだ。
研究チームは500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）を用いて、過去45億年間における宇宙ニュートラル水素（HI）の高精度測定を実施した。同時にダークエネルギー分光測定器プロジェクト（DESI）による観測データも活用し、約250万個の銀河を対象とした調査を行った。これにより、天球の約3分の1をカバーする広大な範囲の分析が可能になった。
ホン・グオは驚くべき発見について述べている。45億年前と現在を比較すると、ニュートラル原子水素の密度はわずか1.4倍の変化に過ぎないのに対し、星の形成率は約2.5倍も低下していた。通常であれば、星形成の燃料が減れば密度も大きく低下するはずだが、実際には密度がほぼ安定したままなのだ。
水素の豊富さに隠された謎
星を形成するには、冷たい水素ガス雲（H2分子）が必要である。これまでの理論では、宇宙全体でH2が消費されれば星形成も急速に減少するという単純な因果関係が想定されていた。しかし研究結果は異なる現実を示唆している。
H2分子を生成するには、ニュートラル水素（HI）が必要だ。このHIは、より広大な宇宙のガス循環と銀河内の星形成を結ぶ重要な中間物質である。研究チームの分析によれば、過去45億年間の変化はHIの貯蔵量そのものではなく、バリオン循環と呼ばれるプロセスで起こっていると考えられる。
バリオン循環とは、銀河系外物質を含む通常物質（バリオン物質）が銀河と銀河間環境の間で交換される一連のプロセスだ。ガスが銀河に流入したり、銀河間空間に放出されたりするメカニズムが含まれる。宇宙規模のガス供給が減少・弱化するにつれて、ニュートラル水素がH2分子に変換される効率が低下している。ニュートラル水素の総量は安定したままだが、分子ガスは徐々に消滅し、補充されないでいるのだ。
今後の観測へ向けて
FAST望遠鏡は約72億年前までしか遡ることができない。したがって、宇宙がより若かった時代の条件を理解するには、さらなる観測が必要とされている。複数の波長と周波数にわたる深い調査により、より古い時代からの信号を捉えることが今後の課題である。
なお、星形成率の最大値は現在からさかのぼること約100億年前、宇宙が現在の3分の1の年齢だった時代（宇宙の赤方偏移z～2）に記録されている。天文学者たちがこの時期を「宇宙の正午」と呼ぶ、星誕生のピークはその後ずっと衰退し続けているのだ。
出典: Universe Today
