A formação de estrelas caiu 60% — o hidrogénio do universo está quase intacto

O nascimento de estrelas caiu para mais de metade em todo o cosmos nos últimos 4,5 mil milhões de anos, e a principal explicação acaba de ruir. Um levantamento de 2,5 milhões de galáxias — que combina o radiotelescópio mais sensível do mundo com o maior levantamento ótico do céu alguma vez realizado — concluiu que o universo ainda conserva a maior parte do hidrogénio neutro que possuía no seu pico de formação estelar. Seja o que for que esteja a encerrar os viveiros cósmicos, não é uma escassez de matéria-prima.

A descoberta, publicada na Nature Astronomy, é da autoria de investigadores da Chinese Academy of Sciences e dos seus parceiros internacionais na colaboração DESI. É a maior medição direta alguma vez feita das reservas de hidrogénio cósmico. Resolve uma questão de décadas sobre por que razão o universo está a envelhecer — e a resposta não é a que a maioria dos astrónomos esperava.

A dimensão do declínio é impressionante. No seu pico, há cerca de 10 mil milhões de anos, o universo produzia estrelas cerca de dez vezes mais vigorosamente do que hoje. Há quatro mil e quinhentos milhões de anos — quando a Terra se estava a formar — a taxa de formação estelar cósmica ainda era 2,5 vezes superior à atual. Se esta trajetória continuar, o universo segue um caminho lento e irreversível para um céu com cada vez menos sóis novos. A questão sempre foi: porquê?

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Como mediram a reserva de hidrogénio do universo

A teoria dominante tem sido intuitiva: à medida que as galáxias envelhecem, esgotam as suas reservas de gás. Menos combustível significa menos estrelas. Para testar esta hipótese à escala do universo observável, os investigadores precisavam de medir o hidrogénio atómico neutro — a forma mais abundante de hidrogénio no espaço interestelar — em milhares de milhões de anos-luz em simultâneo. Nunca antes tinha sido possível com esta precisão.

A equipa combinou dois instrumentos que, juntos, tornam a medição viável pela primeira vez. O FAST — o radiotelescópio esférico de abertura de quinhentos metros, na província de Guizhou, China, atualmente o maior radiotelescópio de prato único do mundo — deteta a débil emissão de rádio a 21 centímetros que o hidrogénio neutro emite naturalmente. O DESI, o Dark Energy Spectroscopic Instrument, no Arizona, forneceu desvios para o vermelho óticos precisos para as 2,5 milhões de galáxias do estudo, estabelecendo as suas distâncias e, portanto, a época cósmica em que cada uma foi observada.

A técnica, denominada stacking espectral de HI, resolveu o desafio central: nenhuma galáxia distante emite sinal de hidrogénio suficiente para ser detetada individualmente a distâncias cosmológicas. Ao alinhar e empilhar milhões de espetros de rádio fracos de acordo com os desvios para o vermelho precisos fornecidos pelo DESI, a equipa converteu ruído em sinal estatístico — equivalente a ouvir milhões de conversas silenciosas em simultâneo em vez de tentar isolar um único sussurro numa sala. O levantamento resultante cobriu cerca de um terço de todo o céu, estendendo-se até 4,5 mil milhões de anos no tempo cósmico. Nunca se tentou nada com esta escala e sensibilidade.

O que os números realmente mostram

Os resultados foram inequívocos — e inconvenientes para o modelo padrão. A densidade de hidrogénio neutro no volume estudado diminuiu apenas por um fator de 1,4 nos mesmos 4,5 mil milhões de anos em que a taxa de formação estelar caiu por um fator de 2,5. Em termos proporcionais: o nascimento de estrelas caiu cerca de 60%. A reserva de hidrogénio caiu cerca de 29%.

A diferença entre estes dois números é o problema para a teoria existente. Se a depleção de hidrogénio fosse o motor principal do colapso da formação estelar, as duas curvas acompanhar-se-iam de perto. Não o fazem. A disparidade significa que milhares de milhões de anos-luz cúbicos de hidrogénio neutro estão a permanecer inutilizados nos espaços entre e dentro das galáxias — disponíveis em princípio para formar estrelas, mas não o fazendo. O universo não está a converter o seu hidrogénio em estrelas com rapidez suficiente para explicar o declínio observado, e a falha na conversão não pode ser explicada simplesmente por ter menos hidrogénio disponível.

A comparação ao longo do tempo cósmico reforça o ponto. Na época de há 4,5 mil milhões de anos que corresponde às medições mais profundas do estudo, o rácio entre a atividade de formação estelar e o hidrogénio disponível era mensuravelmente superior ao atual. Algo mudou na eficiência com que o gás se converte em estrelas — e esse algo não é a quantidade de matéria-prima disponível.

O que mais pode estar a impedir as estrelas

O artigo identifica onde é mais provável encontrar o gargalo. O hidrogénio atómico neutro não colapsa diretamente em estrelas. Tem primeiro de se converter em hidrogénio molecular — a fase mais densa e fria que pode de facto condensar sob a gravidade em viveiros estelares. A eficiência dessa conversão, e não a oferta de hidrogénio atómico a montante, é agora a principal suspeita para o que está a abrandar as fábricas de estrelas do universo.

O que controla essa eficiência de conversão? Vários mecanismos são candidatos. O feedback de buracos negros supermassivos nos centros galácticos — jatos e ventos energéticos que aquecem o gás circundante — pode impedir o hidrogénio atómico de arrefecer até à fase molecular necessária para a formação estelar. A radiação de gerações anteriores de estrelas pode ionizar o gás mais depressa do que a gravidade consegue agregá-lo. As propriedades do meio circumgaláctico, os halos de gás difuso que rodeiam as galáxias, podem ter-se alterado ao longo do tempo cósmico de formas que reduzem a taxa a que o hidrogénio atómico se instala em nuvens formadoras de estrelas. Nenhum mecanismo único foi confirmado como dominante. A contribuição do estudo é estabelecer, com uma certeza e escala sem precedentes, que nenhum deles funciona por depleção da própria reserva de hidrogénio.

O que este estudo não resolve

A medição é um resultado ao nível da população, calculado como média de milhões de galáxias, não um diagnóstico da evolução de qualquer galáxia individual. O método de stacking fornece médias cósmicas estatisticamente robustas; não consegue isolar o que se passa dentro de tipos específicos de galáxias, intervalos de massa ou ambientes. Um quadro galáxia a galáxia de por que a formação estelar é suprimida permanece fora do alcance desta técnica.

Mais fundamentalmente, o estudo mediu o hidrogénio atómico — a fase HI. O que alimenta a formação estelar é o hidrogénio molecular, a fase H₂, que é muito mais difícil de detetar a distâncias cosmológicas. Mapear o hidrogénio molecular no mesmo volume que este levantamento seria uma tarefa observacional muito mais exigente e não é tecnicamente viável a esta escala. O gargalo entre o gás atómico e o molecular, que este artigo identifica como o provável culpado, permanece por medir à escala necessária para resolver a questão.

Os autores notam que múltiplos processos físicos provavelmente interagem para produzir o declínio observado da formação estelar em diferentes ambientes e épocas cósmicas. Qualquer teoria completa terá de ter em conta não só estas medições de hidrogénio, mas também observações de histórias individuais de formação de galáxias, ambientes de formação estelar e o papel dos fluxos de gás à escala galáctica.

Perguntas frequentes sobre o declínio cósmico do nascimento de estrelas

Porque é que a taxa de formação estelar é importante para o futuro do universo?

As estrelas forjam os elementos pesados que compõem os planetas, a química e a vida. À medida que a taxa de formação de novas estrelas cai, a capacidade do universo para construir novos sistemas planetários e reabastecer os elementos de que necessitam também diminui. A tendência medida por este estudo representa a assinatura empírica de um cosmos em declínio lento e irreversível — o início do fim da época estelar.

O nosso Sol é afetado por esta desaceleração cósmica?

Não. O Sol formou-se há 4,6 mil milhões de anos e continuará a brilhar durante cerca de mais 5 mil milhões de anos. A desaceleração descreve a taxa a que novos sistemas estelares acendem no universo, não o comportamento de estrelas já formadas. O nosso Sistema Solar está imune à tendência devido à sua idade.

O que torna o FAST essencial para este tipo de medição?

A abertura de 500 metros do FAST confere-lhe uma área de recolha cerca de 40 vezes maior do que qualquer radiotelescópio de prato único anterior. Essa sensibilidade é o que torna possível detetar o fraco sinal de hidrogénio a 21 centímetros de galáxias a milhares de milhões de anos-luz de distância. Sem a capacidade de recolha do FAST, a técnica de stacking não produziria um resultado estatisticamente significativo a estas distâncias.

Este estudo significa que a teoria da ‘crise de combustível’ do envelhecimento das galáxias está errada?

Desafia a versão mais simples: a de que a diminuição do hidrogénio atómico leva diretamente à diminuição da formação estelar. A reserva de hidrogénio não caiu nem de perto com a rapidez suficiente para explicar a queda observada no nascimento de estrelas. Um processo mais complexo — muito provavelmente envolvendo o quão ineficientemente esse hidrogénio se converte na fase molecular necessária para a formação estelar — parece estar em ação.

O próximo passo imediato da equipa é medir o hidrogénio molecular a escalas cósmicas comparáveis, uma tarefa que instalações de próxima geração, incluindo o Square Kilometre Array, poderão um dia tornar viável. Até lá, a pergunta em aberto mais consequente do universo sobre o seu próprio futuro cresceu com um paradoxo confirmado: o cosmos ainda tem a maior parte do seu hidrogénio, e continua a ficar sem estrelas.

Referência: et al., «Cosmic star formation rate decline is not driven by neutral hydrogen depletion», Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02965-9

Etiquetas: cosmology, DESI, FAST telescope, neutral hydrogen, star formation

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