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L’universo ha ancora idrogeno, ma forma sempre meno stelle
Un gruppo internazionale guidato dalla Chinese Academy of Sciences ha ricostruito come sono cambiate le riserve cosmiche di idrogeno negli ultimi 4,5 miliardi di anni. Le osservazioni mostrano che la formazione di nuove stelle è diminuita molto più rapidamente del gas neutro disponibile nelle galassie, mettendo in discussione l'idea che il rallentamento dipenda soprattutto dall'esaurimento del combustibile.
Circa 4,5 miliardi di anni fa, il tasso cosmico di formazione stellare era approssimativamente 2,5 volte quello attuale. Nello stesso periodo, la densità dell'idrogeno atomico neutro, indicato dagli astronomi con la sigla HI, era soltanto 1,4 volte superiore. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Astronomy.
L'HI rappresenta un grande serbatoio di gas freddo all'interno delle galassie, ma la sua distribuzione su distanze cosmologiche è difficile da misurare. Il segnale utilizzato è la debolissima linea radio a 21 centimetri, spesso nascosta dal rumore di fondo. Per rilevarla, i ricercatori hanno sfruttato la sensibilità del radiotelescopio cinese FAST. La stessa emissione è al centro della ricerca del segnale dell'idrogeno a 21 centimetri anche nelle epoche più remote della storia cosmica.
Alle osservazioni radio sono stati affiancati i dati spettroscopici del progetto DESI, che ha fornito misure precise dello spostamento verso il rosso delle galassie. Il gruppo ha quindi applicato lo stacking spettrale: migliaia di segnali troppo deboli per essere riconosciuti singolarmente vengono allineati e sommati, facendo emergere statisticamente la loro emissione media dal rumore.
Il campione comprende circa 2,5 milioni di galassie distribuite su quasi un terzo del cielo. Questa combinazione tra sensibilità radio e copertura spettroscopica ha permesso di seguire l'evoluzione dell'HI con una precisione statistica difficilmente raggiungibile dalle indagini precedenti, che tendevano a essere molto profonde ma limitate a piccole aree, oppure estese ma insufficientemente sensibili.
I risultati non significano che l'idrogeno neutro produca direttamente le stelle. La nascita stellare avviene soprattutto dentro nubi dense di gas molecolare, mentre l'HI costituisce una fase intermedia tra il materiale proveniente dall'ambiente cosmico e il combustibile immediatamente utilizzabile. Il passaggio determinante potrebbe quindi essere la trasformazione dell'idrogeno atomico in molecolare, diventata meno efficiente con l'evoluzione delle galassie.
Secondo l'interpretazione proposta dai ricercatori, l'indebolimento del flusso di materia dalla rete cosmica e la diminuzione della densità del gas potrebbero aver modificato il ciclo barionico. Il serbatoio complessivo di HI può così rimanere relativamente stabile mentre cala la quantità di gas molecolare capace di collassare. Si tratta di uno scenario da verificare con ulteriori osservazioni, ma le nuove misure indicano che il problema non è soltanto quanto idrogeno resta: è soprattutto quanto efficacemente le galassie riescono ancora a trasformarlo in stelle.
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