为了充分发挥“中国天眼” FAST中性氢巡天和暗能量光谱仪项目DESI星系光谱巡天两大旗舰项目的突出优势，上海交通大学和英国伦敦大学学院牵头发起了DESI-HI系列合作研究提案。基于该合作框架，上海交通大学、中国科学院国家天文台、上海天文台及英国伦敦大学学院等单位组成的国际合作团队，近期联合利用FAST和DESI的观测数据，对过去45亿年宇宙中性原子氢的演化进行了高精度测量。研究发现，尽管同期宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为星系重要气体储备的中性原子氢却仅发生缓慢变化。相关成果以“Weak Evolution of Cosmic Atomic Hydrogen over the Past 4.5 Billion Years”为题发表于国际顶级学术期刊《自然·天文》。

“为什么宇宙越来越难以形成新的恒星？”这是星系形成与演化领域长期关注的核心问题。中性原子氢（中性氢）是形成恒星所依赖的核心物料，是星系中最重要的气体储备之一。此次研究将FAST全天中性氢巡天（FASHI）与暗能量光谱仪项目（DESI）深度融合，利用中性氢谱线叠加技术，把大量单个无法直接探测的微弱信号按星系精确光谱红移对齐，从而从噪声背景中有效叠加出平均中性氢信号。研究最终构建了涵盖约247万个具有可靠光谱红移星系的样本，覆盖天区约12000平方度，以前所未有的统计精度和大样本优势，清晰追溯了宇宙中性氢含量的演化历程。

答案出人意料： 在过去的45亿年间，中性氢储量的降幅远低于恒星形成率的降幅。45亿年前，宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期的中性氢密度仅为今天的1.4倍。换言之，恒星形成活动虽已大幅衰减，中性氢储备却依然相对充裕。这表明，宇宙晚期的恒星形成衰退并非简单的“燃料枯竭”，而是中性原子氢向分子氢、再向恒星转化过程的系统性改变。FAST与DESI的合作研究，为深入理解宇宙晚期的气体循环、恒星形成衰退与星系演化，确立了新的重要观测基准。

【图1】图为宇宙中性氢密度随红移的演化趋势。黑色实心点为此次测量结果，显示过去45亿年宇宙中性氢仅发生缓慢变化，与淡蓝色虚线所代表的恒星形成率显著下降形成鲜明对比。