我国天文学家新发现 终结天文界持续多年的争论

科技日报记者 陆成宽

1月19日，《自然》在线发表了一项关于恒星初始质量分布规律的重要进展。基于郭守敬望远镜（LAMOST）超大样本光谱数据和欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星数据，我国天文学家发现，随着恒星金属元素含量和年龄发生变化，恒星初始质量分布规律也会发生显著变化。

“这一发现挑战了恒星初始质量分布规律不变的经典理论，刷新了人类对这一基本概念的认知，将对天体物理多个领域的研究产生深远影响。”论文通讯作者、中科院国家天文台研究员刘超表示。

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变化的恒星初始质量函数的艺术展示图。中科院国家天文台供图

广袤宇宙中，每时每刻都有新的恒星诞生。同一个恒星形成区会产生许多不同质量的新恒星。天文学家用恒星初始质量分布规律，来描述一群恒星在刚刚诞生时，不同质量的恒星所占的比例。

“恒星初始质量分布规律也称恒星初始质量函数，在整个天体物理研究中，恒星初始质量函数是一个非常基础的物理概念，对许多关键天体物理学问题的研究都起到至关重要的作用。”论文第一作者、中科院国家天文台博士研究生李佳东解释道。

半个多世纪以来，天文学家通常认为恒星初始质量函数在宇宙各处及各个演化阶段是普适不变的。普适的恒星初始质量函数作为基本假设，被广泛应用于天体物理学研究各领域，几乎成为天体物理教科书中的经典假设。

但是，近年来通过各种新的观测，天文学家发现恒星初始质量函数很有可能是会变化的。

利用LAMOST大样本光谱数据，研究人员筛选出了9万多颗太阳附近的恒星样本，并获取了每颗恒星的金属元素含量和质量；同时，结合Gaia卫星的观测数据，研究人员首次通过数星星的方法，对具有不同金属元素含量和年龄的恒星进行了统计分析。

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

“这就意味着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。”刘超解释，这一发现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，终结了一直以来天文界关于恒星初始质量分布规律是否变化的争议。

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，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。

“这就像一把会随着环境变化的‘尺子’，我们不能再用这一把‘尺子’丈量宇宙的不同地方。在宇宙不同地方，天文学家需要更换合适的‘尺子’才能得到正确的测量结果。比如，使用银河系目前的‘尺子’就无法测量早期的宇宙。”刘超形象地说。

恒星初始质量函数领域的国际权威，德国波恩大学教授帕弗尔·库鲁帕也高度评价了该成果。他说：“这项研究基于大样本观测获取的高质量数据，揭示了银河系中恒星初始质量函数与银河系演化历史和环境相关。这对深入理解银河系中不同环境不同时间恒星形成的性质非常重要。”

关键词： 天文学家