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国际在线报道（记者 朱宛玲）：北京时间1月19日凌晨，国际学术期刊《自然》杂志发表了中国科学院国家天文台刘超研究员带领的研究团队的一项重大成果。该研究团队发现，“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。这一发现挑战了天体物理学中的经典基础理论，将对天体物理多个领域的研究产生深远影响。
恒星初始质量分布规律，天文学上通常称为恒星初始质量函数，描述了一群恒星在刚刚诞生时，不同质量的恒星所占的比例。这一理论有多重要？论文第一作者、国家天文台博士研究生李佳东介绍说：“我们的宇宙中有数千亿的星系，这些星系无时无刻不在诞生着新的恒星。同一批恒星形成区会批量形成许多不同质量的‘恒星新生儿’。我们的初始质量函数描述的就是这一群恒星在刚刚诞生时候，不同质量的恒星所占的比例。半个多世纪以来，天文学家们通常都假设，恒星初始质量的分布在宇宙中各种地方都是普适不变的，也就是说在宇宙中不同的环境，规律是一致的。它被广泛应用在很多领域，几乎成为天体物理教科书中的‘经典假设’。”
但是近年来，天文学家通过各种新的观测，发现恒星初始质量函数很有可能不是普适不变的。恒星初始质量函数在宇宙各处是否变化，已成为困扰天文学家的重要问题，需要在银河系中找到更为直接有力的观测证据。
变化的恒星初始质量函数的艺术展示图。宇宙诞生之初（围绕中心明亮部分的内环）质量较大的恒星（浅黄色的圆盘）更多；而在较年轻的星族中（外环），质量较小的恒星（红色的小圆盘）则显著增加。图中右下角展示了完成这一观测的郭守敬望远镜（LAMOST）外观。
图中横坐标显示了恒星星族的金属元素含量（金属丰度），数值越大金属丰度越高。纵坐标显示了恒星初始质量函数的形状，α数值越大表示质量较小的恒星比例越高。红色圆点显示了年老星族α值比较小，即质量较小恒星的比例低；蓝色三角形显示较年轻恒星随着金属丰度变高，α值也增加，即质量较小恒星的比例增加。
发挥我国重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）超大光谱数据样本优势，研究团队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。结合欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星的观测数据，研究人员首次通过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，从观测角度直接获取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，“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。论文第一作者、国家天文台博士研究生李佳东解释说：“对于比较年轻的恒星星族，我们发现它的金属丰度越高，质量较小的恒星比例越高，两者有非常显著的正相关性。但是对于年老的星族，质量较小的恒星比例就比较低，并且不随金属丰度发生变化。这是天文学家首次如此清晰地观测到恒星初始质量函数随着恒星形成的时间和环境发生的变化，从而推翻了初始质量函数在宇宙中普适不变的基本假设，终结了在天文界关于初始质量函数是否变化的多年来的一个争议。”
李佳东介绍说，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，“对很多悬而未决的天体物理学问题都有一个比较关键的作用。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，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。很多天体物理学的图像都会因此进行调整。”
这一原创性成果是我国重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）在前沿基础研究领域取得的又一项突破性进展。未来，我国将发射中国空间站工程巡天望远镜（CSST），将助力天文学家在银河系更深远区域及近邻星系中进一步验证这一重大发现，为更深入理解恒星初始质量函数和恒星形成的物理过程提供更加丰富的观测数据。
