?◎科技商報(bào)記者 盧成寬
1月19日天體物理學(xué)快報(bào)，《自然》在線發(fā)表了恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律的重要進(jìn)展。 中國(guó)天文學(xué)家根據(jù)郭守敬望遠(yuǎn)鏡的超樣本光譜數(shù)據(jù)和意大利航天局蓋亞衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著恒星中金屬元素的濃度和年齡的變化，初始質(zhì)量的分布發(fā)生變化。恒星的形狀也將發(fā)生顯著變化。
“這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了恒星初始質(zhì)量分布不變的經(jīng)典理論，刷新了人類對(duì)這一基本概念的認(rèn)識(shí)，將對(duì)天體化學(xué)多個(gè)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。” 論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家科學(xué)院天文臺(tái)研究員劉超表示。
浩瀚的宇宙中，每時(shí)每刻都有新的恒星誕生。 許多不同質(zhì)量的新恒星將在同一恒星形成區(qū)域形成。 天文學(xué)家利用恒星初始質(zhì)量分布定律來描述一組恒星剛誕生時(shí)不同質(zhì)量恒星的比例。
“恒星初始質(zhì)量分布的規(guī)律被稱為恒星初始質(zhì)量函數(shù)。在整個(gè)天體化學(xué)研究中，恒星初始質(zhì)量函數(shù)是一個(gè)極其基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)概念，在許多關(guān)鍵天體化學(xué)問題的研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 ”論文第一作者、中科院國(guó)家天文臺(tái)博士生李家棟解釋道。
半個(gè)多世紀(jì)以來，天文學(xué)家普遍認(rèn)為，恒星的初始質(zhì)量函數(shù)在整個(gè)宇宙和演化的各個(gè)階段都是普遍且恒定的。 作為一個(gè)基本假設(shè)，通用恒星初始質(zhì)量函數(shù)已廣泛應(yīng)用于天體化學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎成為天體化學(xué)教科書中的經(jīng)典假設(shè)。
然而天體物理學(xué)快報(bào)，通過近年來的各種新觀測(cè)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒星的初始質(zhì)量函數(shù)很可能發(fā)生變化。
借助大樣本光譜數(shù)據(jù)，研究人員篩選了9萬(wàn)多個(gè)太陽(yáng)附近恒星樣本，獲得了每顆恒星的金屬元素濃度和質(zhì)量； 同時(shí)，結(jié)合蓋亞衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究人員首先通過了恒星的數(shù)量。 方法對(duì)不同金屬元素濃度和年齡的恒星進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。
研究小組發(fā)現(xiàn)，年輕的低質(zhì)量恒星的比例明顯低于年老的恒星； 在金屬濃度較高的恒星族中，低質(zhì)量恒星的比例也較高。
“這意味著恒星初始質(zhì)量的分布隨著恒星金屬元素的濃度和年齡而發(fā)生了顯著變化。” 劉超解釋說，這一發(fā)現(xiàn)直接引出了恒星初始質(zhì)量分布在宇宙中普遍不變的基本假設(shè)。 它的成立，結(jié)束了天文學(xué)界關(guān)于恒星初始質(zhì)量分布規(guī)律是否發(fā)生變化的爭(zhēng)論。
這一突破性成果將對(duì)天體化學(xué)多個(gè)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生影響，天體化學(xué)一系列前沿問題的研究將受到恒星初始質(zhì)量函數(shù)變化的挑戰(zhàn)。
“這就像一把隨著環(huán)境而變化的‘尺子’，我們不能再用這把‘尺子’來測(cè)量宇宙的不同地方。在宇宙的不同地方，天文學(xué)家需要更換合適的‘尺子’才能得到正確的結(jié)果。”探測(cè)結(jié)果，比如以目前銀河系的‘統(tǒng)治者’，很難探測(cè)到早期宇宙。”劉超形象地說道。
恒星初始質(zhì)量函數(shù)領(lǐng)域的國(guó)際權(quán)威、日本克拉科夫?qū)W院院長(zhǎng)帕維爾·庫(kù)魯帕也對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)。 他說：“這項(xiàng)研究基于大樣本觀測(cè)獲得的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，闡明了銀河系恒星的初始質(zhì)量函數(shù)與銀河系的演化歷史和環(huán)境有關(guān)。這對(duì)于深部研究非常重要。”了解銀河系中不同環(huán)境和不同時(shí)間產(chǎn)生的恒星的特性。”