لماذا يصبح الكون أقل قدرة على تكوين نجوم جديدة؟ هناك تفسير شائع يقول إن "الوقود" الذي يغذي ولادة النجوم — الغاز البارد — يتعرض لاستنزاف مستمر، مما يؤدي إلى تراجع نشاط تكوين النجوم. غير أن أحدث عمليات الرصد المشتركة بين "عين الصين السماوية" (FAST) ومطياف الطاقة المظلمة الدولي (DESI) أسفرت عن إجابة مفاجئة: على الرغم من التراجع الملحوظ في نشاط تكوين النجوم بالكون خلال الـ4.5 مليار سنة الماضية، إلا أن الهيدروجين المحايد — بصفته احتياطيًا مهمًا من الغاز البارد — لم ينضب بشكل متزامن، فلا يزال "خزان وقود" الكون يحتفظ بفائض، وقد يكمن الخلل في مرحلة "المعالجة". نُشرت نتائج الدراسة ذات الصلة يوم 1 من الشهر الجاري على الإنترنت في مجلة "Nature Astronomy".

الهيدروجين المحايد هو الحلقة الرئيسية التي تربط بين دورة الغاز واسعة النطاق في المجرات وتكوين النجوم داخلها، إذ يُصدر إشارات عبر خط طيفي راديوي بالغ الضعف عند تردد 21 سنتيمترًا. بالنسبة للمجرات البعيدة، غالبًا ما تغرق الإشارات الفردية في ضوضاء الخلفية، تمامًا كما يصعب تمييز همسة شخص واحد في ساحة صاخبة. لذلك، ظل تطور الكمية الإجمالية للهيدروجين المحايد في الكون يفتقر إلى أدلة موثوقة.

هذه المرة، قام فريق تعاون دولي يضم المرصد الفلكي الوطني التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، ومرصد شنغهاي الفلكي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة شنغهاي جياو تونغ، وغيرها، بدمج عميق بين الرصد الراديوي عالي الحساسية لتلسكوب FAST والمسح الطيفي واسع النطاق لمطياف DESI، وحلّل نحو 2.5 مليون مجرة تغطي حوالي ثلث السماء، متتبعًا مسار تطور الهيدروجين المحايد في الكون بدقة إحصائية غير مسبوقة.

قال تشانغ تشوان بنغ، المؤلف الأول للورقة البحثية والباحث المشارك في المرصد الفلكي الوطني التابع للأكاديمية الصينية للعلوم: "استخدمنا تقنية تراكب الخط الطيفي للهيدروجين المحايد، حيث قمنا بمحاذاة عدد كبير من الإشارات الضعيفة التي لا يمكن رصدها بشكل فردي بدقة وفقًا لمسافات المجرات ثم تراكبها، وهو ما يعادل جعل ملايين الأصوات الخافتة تردد الجملة نفسها في آن واحد، وأخيرًا استخرجنا الإشارة المتوسطة من الضوضاء".

أظهرت نتائج القياس أن معدل تكوين النجوم في الكون قبل 4.5 مليار سنة كان أعلى بنحو 2.5 مرة مما هو عليه اليوم، في حين أن كثافة الهيدروجين الذري المحايد في الفترة نفسها لم تتجاوز نحو 1.4 ضعف قيمتها الحالية. بعبارة أخرى، بينما شهد نشاط تكوين النجوم "انهيارًا حادًا"، لم ينضب احتياطي الهيدروجين المحايد في الكون بشكل متزامن. وقال قوه هونغ، المؤلف المراسل للورقة البحثية والباحث في مرصد شنغهاي الفلكي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم: "إذا كان 'نفاد الوقود' هو السبب الرئيسي، لكان من المفترض أن ينخفض كلاهما بالوتيرة نفسها، لكن البيانات لا تدعم هذا القول".

فأين يكمن الخلل إذن؟ أوضح تشانغ تشوان بنغ أن النجوم لا تتشكل مباشرة من الهيدروجين المحايد، بل يحتاج الهيدروجين المحايد أولًا إلى التحول إلى سحب جزيئية أكثر كثافة، وهذه السحب الجزيئية هي "غرفة الولادة" الحقيقية للنجوم. ما شهد تغيرًا جوهريًا في الكون المتأخر قد يكون عملية تحول الغاز من الهيدروجين المحايد إلى الهيدروجين الجزيئي ثم إلى النجوم. فمع ضعف إمداد الغاز وانخفاض كثافته، تنخفض كفاءة تحول الهيدروجين المحايد إلى هيدروجين جزيئي. ونتيجة لذلك، يظل احتياطي الهيدروجين المحايد محتفظًا به بشكل مستقر نسبيًا، بينما يتناقص الغاز الجزيئي القادر فعلًا على تكوين النجوم بشكل بطيء.

وقال قوه هونغ: "ما نراه ليس نقصًا في الغاز بالكون، بل صعوبة متزايدة في 'معالجة' هذا الغاز وتحويله إلى نجوم". وأشار إلى أن هذا الاكتشاف ينقل محور النقاش من "هل استُنفد الغاز" إلى "لماذا يوجد غاز لكنه لا يُستغل"، مما يوفر دليلًا رئيسيًا جديدًا لفهم تراجع تكوين النجوم في الكون.