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天體物理學(xué)中有一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)理論：恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律不變。然而，我國(guó)天文學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律會(huì)隨著恒星金屬元素含量和年齡發(fā)生顯著變化。有評(píng)論認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)天體物理多個(gè)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

這項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)劉超研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）光譜數(shù)據(jù)超大樣本優(yōu)勢(shì)、結(jié)合歐洲空間局蓋亞（Gaia）衛(wèi)星數(shù)據(jù)完成，論文發(fā)表在北京時(shí)間1月19日凌晨出版的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

論文第一作者、國(guó)家天文臺(tái)博士研究生李佳東介紹，恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律，天文學(xué)上稱為“恒星初始質(zhì)量函數(shù)”，是描述一群恒星在剛剛誕生時(shí)，不同質(zhì)量的恒星所占的比例。經(jīng)典理論認(rèn)為，這個(gè)函數(shù)是不變的，“它是現(xiàn)代天文學(xué)中非常基礎(chǔ)的物理概念，對(duì)許多關(guān)鍵天體物理學(xué)問題的研究起到至關(guān)重要的作用”。

近年來，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)經(jīng)典理論似乎不對(duì)，但又始終缺乏直接觀測(cè)證據(jù)來證明。

天文觀測(cè)手段不斷提升，給了天文學(xué)家們解決爭(zhēng)議的機(jī)會(huì)。此次，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)揮LAMOST大樣本光譜數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，篩選出目前最精細(xì)的9萬多顆太陽(yáng)鄰域的恒星樣本，并獲取了每顆恒星的金屬元素含量和質(zhì)量。結(jié)合Gaia衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究人員首次通過“數(shù)星星”——最直觀的恒星計(jì)數(shù)法，對(duì)具有不同金屬元素含量和年齡的恒星進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從觀測(cè)角度直接測(cè)量到了幾乎不依賴于任何模型的恒星初始質(zhì)量函數(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，首次清晰觀測(cè)到年輕的小質(zhì)量恒星數(shù)量比例明顯高于年老的恒星；而金屬含量越高的恒星家族中，小質(zhì)量恒星數(shù)量比例也越多。

這是天文學(xué)家首次如此清晰地觀測(cè)到恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律隨著恒星金屬元素含量和年齡發(fā)生了顯著變化，直接導(dǎo)致“恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律在宇宙中普適不變”的基本假設(shè)不再成立。

這一突破性成果將對(duì)天體物理學(xué)多個(gè)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生影響——無論是測(cè)量宇宙不同階段星系中暗物質(zhì)和重子物質(zhì)質(zhì)量、構(gòu)建星系化學(xué)演化模型，還是理解恒星形成過程、分析雙星演化的物理機(jī)制、探測(cè)太陽(yáng)系外行星，甚至包括研究恒星級(jí)引力波事件等一系列天體物理學(xué)前沿問題的研究，都將因恒星初始質(zhì)量函數(shù)的變化而受到挑戰(zhàn)。論文通訊作者劉超說：“如果恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律不變，那么它就能成為我們丈量宇宙的一把‘尺子’。但現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，這把‘尺子’是會(huì)變的，那么，以前的丈量結(jié)果可能就是錯(cuò)的，而未來我們則需要選擇更適合的‘尺子’。”（記者齊芳）