是什麼讓黑暗的宇宙變得明亮——至少在某些地方——是恆星的光芒。但它們並非一開始就存在。曾經，一定有一個時候，宇宙中沒有一顆恆星閃耀。後來，許多恆星在許多星系中形成。在那之後，舊的恆星已經熄滅或爆炸，新的恆星已經出現。但是，從長遠來看，以及在宇宙平均水平上，這個迴圈是什麼樣的呢？隨著時間的推移，恆星會變得越來越少嗎？
事實證明，有一個公式可以向物理學家展示恆星形成率隨時間變化的概況
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在這個公式中，ψ 表示恆星形成率作為紅移 z 的函式。 讓我們分解一下。
自 20 世紀早期以來，科學家們就已知宇宙正在膨脹。這意味著遙遠的星系正在離我們越來越遠。結果，光的頻率發生偏移並變得更紅。這種所謂的紅移越強，光傳播的時間就越長，我們就能越深入地回顧過去。這非常實用，因為否則我們將無法確定過去恆星的形成率。
當然，我們無法直接觀察數十億年前的星系中恆星是如何形成或消失的。但是，例如，我們可以測量來自這些恆星的紫外線量。由於年輕的恆星很熱，它們在這個波長範圍內會特別明亮。測量非常複雜，但藉助紫外線等指標，我們可以很好地瞭解恆星形成率如何隨時間變化。
天文學家皮耶羅·馬達烏和西蒙·莉莉在 20 世紀 90 年代首次將這個想法付諸實踐。如果您在圖表中繪製相應的資料——紅移 z 和相關的恆星形成率 ψ——您將得到一條由上述方程描述的曲線。
歡迎來到宇宙下午！
這個所謂的莉莉-馬達烏圖揭示，在宇宙早期，恆星形成速度非常快地增加，並在大爆炸後約 20 億至 30 億年達到頂峰。曲線的這個頂峰——大多數星系和黑洞形成的時期——被稱為“宇宙正午”。（它之前的時期被稱為“宇宙黎明”）。
但是宇宙正午大約在八十億年前結束。從那時起，平均恆星形成率持續緩慢下降。我們生活在可以稱為“宇宙下午”的時代，並且我們正在走向“宇宙黃昏”。（儘管一些科學家認為現在已經是宇宙黃昏。）在非常遙遠的未來的某個時刻，宇宙中將不再有恆星閃耀。
然而，新的觀測表明，情況可能更加複雜。如果我們檢視僅包括我們本星系群中星系的莉莉-馬達烏圖——我們銀河系周圍直徑約 3500 萬光年的區域——它與從整個宇宙資料中獲得的曲線顯著不同。
在我們這個小角落裡，恆星形成率下降得要慢得多。測量誤差可能是造成這種差異的原因。或者——這將是更令人興奮的可能性——宇宙在大尺度上可能並不像科學家們假設的那樣均勻。如果存在物質分佈或多或少密集的區域，這種可變性也會影響恆星形成率。
然而，需要更多的證據才能對這個想法充滿信心——特別是因為這個假設與宇宙學原理相矛盾，宇宙學原理預設了宇宙的同質性。無論如何，好訊息是宇宙下午將持續很長時間——根據一些估計，大約 100 萬億年。而我們最近的恆星，太陽，還有大約七十億或八十億年的壽命。無論如何，這應該給我們的物種時間在即將到來的黑暗之前找到解決方案。
本文最初發表於《Spektrum der Wissenschaft》，並經許可轉載。