“恒星初始质量分布规律不变”假设不成立

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  本报北京1月19日电（记者齐芳）天体物理学中有一个非常重要的基础理论：恒星初始质量分布规律不变。然而，我国天文学家却发现，恒星初始质量分布规律会随着恒星金属元素含量和年龄发生显著变化。有评论认为，这一发现将对天体物理多个领域的研究产生深远影响。

  这项研究由中国科学院国家天文台刘超研究员带领的研究团队利用郭守敬望远镜（LAMOST）光谱数据超大样本优势、结合欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星数据完成，论文发表在北京时间1月19日凌晨出版的国际学术期刊《自然》上。

  论文第一作者、国家天文台博士研究生李佳东介绍，恒星初始质量分布规律，天文学上称为“恒星初始质量函数”，是描述一群恒星在刚刚诞生时，不同质量的恒星所占的比例。经典理论认为，这个函数是不变的，“它是现代天文学中非常基础的物理概念，对许多关键天体物理学问题的研究起到至关重要的作用”。

  近年来，天文学家们发现，这个经典理论似乎不对，但又始终缺乏直接观测证据来证明。

  天文观测手段不断提升，给了天文学家们解决争议的机会。此次，研究团队发挥LAMOST大样本光谱数据优势，筛选出目前最精细的9万多颗太阳邻域的恒星样本，并获取了每颗恒星的金属元素含量和质量。结合Gaia卫星的观测数据，研究人员首次通过“数星星”——最直观的恒星计数法，对具有不同金属元素含量和年龄的恒星进行统计，从观测角度直接测量到了几乎不依赖于任何模型的恒星初始质量函数。

  研究团队发现，首次清晰观测到年轻的小质量恒星数量比例明显高于年老的恒星；而金属含量越高的恒星家族中，小质量恒星数量比例也越多。

  这是天文学家首次如此清晰地观测到恒星初始质量分布规律随着恒星金属元素含量和年龄发生了显著变化，直接导致“恒星初始质量分布规律在宇宙中普适不变”的基本假设不再成立。

  这一突破性成果将对天体物理学多个领域的研究产生影响——无论是测量宇宙不同阶段星系中暗物质和重子物质质量、构建星系化学演化模型，还是理解恒星形成过程、分析双星演化的物理机制、探测太阳系外行星，甚至包括研究恒星级引力波事件等一系列天体物理学前沿问题的研究，都将因恒星初始质量函数的变化而受到挑战。论文通讯作者刘超说：“如果恒星初始质量分布规律不变，那么它就能成为我们丈量宇宙的一把‘尺子’。但现在我们发现，这把‘尺子’是会变的，那么，以前的丈量结果可能就是错的，而未来我们则需要选择更适合的‘尺子’。”