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

O nascimento de estrelas caiu mais da metade no cosmos nos últimos 4,5 bilhões de anos, e a principal explicação acaba de ruir. Um levantamento de 2,5 milhões de galáxias — combinando o radiotelescópio mais sensível do mundo com o maior levantamento óptico do céu já montado — descobriu que o universo ainda guarda a maior parte do hidrogênio neutro que tinha em seu pico de formação estelar. O que quer que esteja desligando os berçários cósmicos, não é falta de matéria-prima.

A descoberta, na Nature Astronomy, vem de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências e seus parceiros internacionais na colaboração DESI. É a maior medição direta das reservas cósmicas de hidrogênio já feita. Ela resolve uma questão de décadas sobre por que o universo está envelhecendo — e a resposta não é o que a maioria dos astrônomos esperava.

A escala do declínio é acentuada. No seu pico, há cerca de 10 bilhões de anos, o universo produzia estrelas com cerca de dez vezes mais vigor do que hoje. Quatro bilhões e meio de anos atrás — quando a Terra estava se formando — a taxa de formação estelar cósmica ainda era 2,5 vezes maior do que agora. Se essa trajetória continuar, o universo está em um caminho lento e irreversível em direção a um céu com cada vez menos novos sóis. A pergunta sempre foi: por quê?

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Como mediram o suprimento de hidrogênio do universo

A teoria dominante tem sido intuitiva: conforme as galáxias envelhecem, elas exaurem suas reservas de gás. Menos combustível significa menos estrelas. Para testar essa hipótese na escala do universo observável, os pesquisadores precisavam medir o hidrogênio atômico neutro — a forma mais abundante de hidrogênio no espaço interestelar — em bilhões de anos-luz simultaneamente. Isso nunca tinha sido possível antes com essa precisão.

A equipe combinou dois instrumentos que juntos tornam a medição viável pela primeira vez. FAST — o radiotelescópio esférico de abertura de 500 metros na província de Guizhou, China, atualmente o maior radiotelescópio de prato único do mundo — detecta a fraca emissão de rádio de 21 centímetros que o hidrogênio neutro naturalmente emite. O DESI, o Instrumento Espectroscópico para a Energia Escura no Arizona, forneceu desvios para o vermelho ópticos precisos para as 2,5 milhões de galáxias do estudo, estabelecendo suas distâncias e, portanto, a época cósmica em que cada uma foi observada.

A técnica, chamada empilhamento espectral HI, enfrentou o desafio central: nenhuma galáxia distante isolada emite sinal de hidrogênio suficiente para ser detectada individualmente a distâncias cosmológicas. Ao alinhar e empilhar milhões de espectros de rádio fracos de acordo com os desvios para o vermelho precisos das galáxias fornecidos pelo DESI, a equipe converteu ruído em sinal estatístico — equivalente a ouvir milhões de conversas silenciosas simultaneamente em vez de tentar isolar um único sussurro através de uma sala. O levantamento resultante cobriu aproximadamente um terço de todo o céu, estendendo-se 4,5 bilhões de anos no tempo cósmico. Nada nesta escala e sensibilidade foi tentado antes.

O que os números realmente mostram

Os resultados foram inequívocos — e inconvenientes para o modelo padrão. A densidade de hidrogênio neutro no volume pesquisado declinou por um fator de apenas 1,4 ao longo dos mesmos 4,5 bilhões de anos que viram a taxa de formação estelar cair por um fator de 2,5. Em termos proporcionais: o nascimento de estrelas caiu cerca de 60%. O suprimento de hidrogênio caiu cerca de 29%.

A lacuna entre esses dois números é o problema para a teoria existente. Se a depleção de hidrogênio fosse o principal motor do colapso da formação estelar, as duas curvas se acompanhariam de perto. Elas não o fazem. A incompatibilidade significa que bilhões de anos-luz cúbicos de hidrogênio neutro estão ociosos nos espaços entre e dentro das galáxias — disponíveis em princípio para formar estrelas, mas não o fazendo. O universo não está convertendo seu hidrogênio em estrelas rápido o suficiente para explicar o declínio observado, e o déficit na conversão não pode ser explicado simplesmente por ter menos hidrogênio disponível.

A comparação ao longo do tempo cósmico reforça o ponto. Na época de 4,5 bilhões de anos atrás que corresponde às medições mais profundas do estudo, a razão entre atividade de formação estelar e hidrogênio disponível era mensuravelmente maior do que hoje. 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 poderia estar parando as estrelas

O artigo identifica onde o gargalo provavelmente está. O hidrogênio atômico neutro não colapsa diretamente em estrelas. Ele precisa primeiro se converter em hidrogênio molecular — a fase mais densa e fria que pode de fato se condensar sob gravidade em berçários estelares. A eficiência dessa conversão, em vez do suprimento de hidrogênio atômico a montante dela, é agora o principal suspeito do que está desacelerando 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 ao redor — pode impedir o hidrogênio atômico de esfriar até a fase molecular necessária para a formação estelar. A radiação de gerações anteriores de estrelas pode ionizar o gás mais rápido do que a gravidade consegue juntá-lo. As propriedades do meio circumgaláctico, os halos difusos de gás que circundam as galáxias, podem ter se alterado ao longo do tempo cósmico de maneiras que reduzem a taxa na qual o hidrogênio atômico se instala em nuvens formadoras de estrelas. Nenhum mecanismo isolado foi confirmado como o dominante. A contribuição do estudo é estabelecer, com certeza e escala sem precedentes, que nenhum deles funciona esgotando o próprio suprimento de hidrogênio.

O que este estudo não resolve

A medição é um resultado em nível populacional, calculado como média entre milhões de galáxias, não um diagnóstico da evolução de qualquer galáxia individual. O método de empilhamento fornece médias cósmicas estatisticamente robustas; ele não consegue isolar o que está acontecendo dentro de tipos específicos de galáxias, faixas de massa ou ambientes. Um quadro galáxia por galáxia de por que a formação estelar é suprimida permanece fora do alcance desta técnica.

Mais fundamentalmente, o estudo mediu o hidrogênio atômico — a fase HI. O que, em última análise, alimenta a formação estelar é o hidrogênio molecular, a fase H₂, que é muito mais difícil de detectar a distâncias cosmológicas. Mapear o hidrogênio molecular no mesmo volume deste levantamento seria uma tarefa observacional muito mais exigente e ainda não é tecnicamente viável nesta escala. O gargalo entre o gás atômico e molecular, que este artigo identifica como o provável culpado, permanece não medido na escala necessária para resolver a questão.

Os autores observam que múltiplos processos físicos provavelmente interagem para produzir o declínio observado na formação estelar em diferentes ambientes e épocas cósmicas. Qualquer teoria completa precisará explicar não apenas essas medições de hidrogênio, mas também observações de histórias individuais de formação de galáxias, ambientes de formação estelar e o papel dos fluxos de gás em escala galáctica.

Perguntas comuns sobre o declínio cósmico do nascimento de estrelas

Por que a taxa de formação estelar importa para o futuro do universo?

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

Nosso Sol é afetado por essa desaceleração cósmica?

Não. O Sol se formou há 4,6 bilhões de anos e continuará queimando por aproximadamente mais 5 bilhões de anos. A desaceleração descreve a taxa na qual novos sistemas estelares se acendem no universo, não o comportamento de estrelas já formadas. Nosso Sistema Solar está protegido contra a tendência por sua idade.

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

A abertura de 500 metros do FAST lhe confere uma área de coleta cerca de 40 vezes maior do que qualquer radiotelescópio de prato único anterior. Essa sensibilidade é o que torna possível detectar o fraco sinal de hidrogênio de 21 centímetros de galáxias a bilhões de anos-luz de distância. Sem o poder de coleta do FAST, a técnica de empilhamento não produziria um resultado estatisticamente significativo a essas distâncias.

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

Ela desafia a versão mais simples: que o declínio do suprimento de hidrogênio atômico leva diretamente ao declínio da formação estelar. O suprimento de hidrogênio não caiu nem de longe rápido o suficiente para explicar a queda observada no nascimento de estrelas. Um processo mais complexo — provavelmente envolvendo quão ineficientemente esse hidrogênio se converte na fase molecular necessária para a formação estelar — parece estar em ação.

O próximo passo imediato da equipe é medir o hidrogênio molecular em escalas cósmicas comparáveis, uma tarefa que instalações de próxima geração, incluindo o Square Kilometre Array, podem eventualmente tornar tratável. Até lá, a questão em aberto mais consequente do universo sobre seu próprio futuro cresceu por um paradoxo confirmado: o cosmos ainda tem a maior parte do seu hidrogênio, e ainda assim está ficando 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

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

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