星形成率の低下は単純な「燃料不足」が原因ではないことを研究で解明(Study: Declining Star Formation Not Caused by Simple “Fuel Crisis”)

2026-09-01 中国科学院(CAS)

宇宙の星形成率が過去45億年間で大幅に低下した一方、星形成の重要な材料である中性原子状水素(HI)の量はわずかな減少にとどまることが、国際研究チームの観測で明らかになった。中国科学院(CAS)などの研究者は、FAST望遠鏡の高感度な21cm線観測とDESIの大規模な銀河分光データを組み合わせ、約250万銀河のHI信号をスペクトルスタッキングで解析した。その結果、45億年前の星形成率は現在の約2.5倍だったのに対し、HI密度は約1.4倍にすぎなかった。従来想定された「星形成の燃料であるガスの枯渇」だけでは、星形成低下を説明できない。むしろ、宇宙網からのガス供給減少やガス密度低下により、HIから分子水素への変換効率が低下し、星形成に直接使われる分子ガスが減少した可能性が示された。本成果は、銀河のガス循環と星形成史を理解する新たな観測基盤となる。

星形成率の低下は単純な「燃料不足」が原因ではないことを研究で解明(Study: Declining Star Formation Not Caused by Simple “Fuel Crisis”)
The dusk of starlight and a lingering sea of hydrogen. (Image by National Astronomical Observatories of China, Shanghai Astronomical Observatory of CAS)

<関連情報>

過去45億年にわたる宇宙の原子状水素の弱い進化 Weak evolution of cosmic atomic hydrogen over the past 4.5 billion years

Chuan-Peng Zhang,Hong Guo,Yizhou Gu,Amélie Saintonge,Xiaohu Yang,Dirk Scholte,Ming Zhu,Peng Jiang,Hu Zou,Manasvee Saraf,Wenlin Ma,Yirong Wang,Y. P. Jing,Zheng Zheng,Zhejie Ding,J. Aguilar,S. Ahlen,D. Bianchi,D. Brooks,T. Claybaugh,A. de la Macorra,P. Doel,E. Gaztañaga,G. Gutierrez,… B. A. Weaver
Nature Astronomy  Published:01 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-026-02965-9

Abstract

The cosmic star formation rate density (CSFRD) has declined sharply towards the present day, but the roles of the atomic and molecular gas reservoirs remain uncertain. Here we measure the cosmic H I density, ΩHI, over 0 < z < 0.41 by combining H I spectra from the Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope with optical spectroscopy from the Dark Energy Spectroscopic Instrument for ~2.5 million galaxies across ~12,000 deg2. We measure a raw decrease in ΩHI by a factor of 1.35 ± 0.10 over the past 4.5 Gyr. Even after applying the conservative systematic corrections from our forward model, the inferred decline is only 1.12 ± 0.10—still far weaker than the CSFRD decline (a factor of 2.46). The molecular gas density, by contrast, is known to evolve more closely with star formation. At fixed stellar mass, the average H I gas fraction evolves by less than 0.2 dex, showing that the weak evolution is present across the galaxy population. These quantitative differences rule out rapid depletion of galaxy H I as the primary driver of the late-time CSFRD decline, and provide a stringent benchmark for models of gas accretion, phase conversion and star-formation regulation.

1701物理及び化学
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