是什么让黑暗的宇宙变得明亮——至少在某些地方——是恒星的光芒。但它们并非一开始就存在。曾经，一定有一个时候，宇宙中没有一颗恒星闪耀。后来，许多恒星在许多星系中形成。在那之后，旧的恒星已经熄灭或爆炸，新的恒星已经出现。但是，从长远来看，以及在宇宙平均水平上，这个循环是什么样的呢？随着时间的推移，恒星会变得越来越少吗？
事实证明，有一个公式可以向物理学家展示恒星形成率随时间变化的概况
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在这个公式中，ψ 表示恒星形成率作为红移 z 的函数。 让我们分解一下。
自 20 世纪早期以来，科学家们就已知宇宙正在膨胀。这意味着遥远的星系正在离我们越来越远。结果，光的频率发生偏移并变得更红。这种所谓的红移越强，光传播的时间就越长，我们就能越深入地回顾过去。这非常实用，因为否则我们将无法确定过去恒星的形成率。
当然，我们无法直接观察数十亿年前的星系中恒星是如何形成或消失的。但是，例如，我们可以测量来自这些恒星的紫外线量。由于年轻的恒星很热，它们在这个波长范围内会特别明亮。测量非常复杂，但借助紫外线等指标，我们可以很好地了解恒星形成率如何随时间变化。
天文学家皮耶罗·马达乌和西蒙·莉莉在 20 世纪 90 年代首次将这个想法付诸实践。如果您在图表中绘制相应的数据——红移 z 和相关的恒星形成率 ψ——您将得到一条由上述方程描述的曲线。
欢迎来到宇宙下午！
这个所谓的莉莉-马达乌图揭示，在宇宙早期，恒星形成速度非常快地增加，并在大爆炸后约 20 亿至 30 亿年达到顶峰。曲线的这个顶峰——大多数星系和黑洞形成的时期——被称为“宇宙正午”。（它之前的时期被称为“宇宙黎明”）。
但是宇宙正午大约在八十亿年前结束。从那时起，平均恒星形成率持续缓慢下降。我们生活在可以称为“宇宙下午”的时代，并且我们正在走向“宇宙黄昏”。（尽管一些科学家认为现在已经是宇宙黄昏。）在非常遥远的未来的某个时刻，宇宙中将不再有恒星闪耀。
然而，新的观测表明，情况可能更加复杂。如果我们查看仅包括我们本星系群中星系的莉莉-马达乌图——我们银河系周围直径约 3500 万光年的区域——它与从整个宇宙数据中获得的曲线显着不同。
在我们这个小角落里，恒星形成率下降得要慢得多。测量误差可能是造成这种差异的原因。或者——这将是更令人兴奋的可能性——宇宙在大尺度上可能并不像科学家们假设的那样均匀。如果存在物质分布或多或少密集的区域，这种可变性也会影响恒星形成率。
然而，需要更多的证据才能对这个想法充满信心——特别是因为这个假设与宇宙学原理相矛盾，宇宙学原理预设了宇宙的同质性。无论如何，好消息是宇宙下午将持续很长时间——根据一些估计，大约 100 万亿年。而我们最近的恒星，太阳，还有大约七十亿或八十亿年的寿命。无论如何，这应该给我们的物种时间在即将到来的黑暗之前找到解决方案。
本文最初发表于《Spektrum der Wissenschaft》，并经许可转载。