中新网北京1月19日电 (记者 孙自发)浩瀚宇宙的千亿星系中,每时每刻都在诞生新的恒星。 许多不同质量的新恒星会在同一恒星形成区域批量形成。 长期以来,“恒星初始质量分布规律不变”一直是天文学界关于恒星演化研究的经典理论。

这种经典的恒星理论绝对正确吗? 恒星初始质量分布规律真的没有改变吗? 中国科学院国家天文台刘超研究员领导的合作团队最新研究发现,“恒星初始质量分布规律”会随着恒星的含量和年龄而发生显着变化’金属元素,挑战了“不变性”的经典理论。

这篇由中国天文学家完成的刷新人类认识、将对天体物理学多个领域研究产生深远影响的重大科研论文于北京时间1月19日凌晨发表在国际知名学术期刊《自然》上。 论文通讯作者刘超表示,这意味着宇宙中不同的地方必须用不同的“尺子”进行测量,才能获得正确的测量结果。

结束关于恒星初始质量分布是否改变的争论

中国科学院国家天文台表示,该台联合北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所、南京大学、中国科学院紫金山天文台的研究人员,利用郭守敬望远镜(大天区多目标光纤光谱天文),国家重大科技基础设施。 望远镜、LAMOST)具有大样本优势的光谱数据,结合欧洲航天局的盖亚卫星数据,研究发现天体物理学中一个非常重要的基本概念——“恒星初始质量分布规律”会随着恒星的金属元素而变化星星。 内容和年龄发生了显着变化,从而挑战了“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识。

在这项研究中,研究小组发现,他们首次清楚地观察到年轻低质量恒星的比例明显高于老年恒星。 此外,金属含量较高的星族中低质量恒星的比例也较大。 这是天文学家第一次如此清晰地观察到恒星的初始质量分布随着恒星的金属含量和年龄而发生显着变化。 这直接导致恒星初始质量分布在宇宙中普遍存在且不变的基本假设不再成立。 这结束了天文学界持续存在的关于恒星初始质量分布是否发生变化的争论。

恒星初始质量函数领域国际权威、德国波恩大学教授帕维尔·克鲁帕评论道,这项研究基于大样本观测获得的高质量数据,揭示了银河系中的恒星初始质量函数道路和银河系的演化。 历史和环境的相关性对于更深入地了解银河系不同环境和不同时间恒星形成的性质非常重要。

图中横坐标显示恒星星族的金属元素含量(金属丰度),纵坐标显示恒星初始质量函数的形状。中科院国家天文台

图中横坐标表示星族的金属元素含量(金属丰度)。 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值越大,质量较小的恒星比例越高。 红点表明老星族的α值较小,即质量较小的恒星比例较低; 蓝色三角形表明,随着年轻恒星的金属丰度变高,α值也随之增大,即质量较小的恒星比例增大。 .中国科学院国家天文台供图

9万多个精细样本直接获取恒星初始质量函数

论文第一作者、中国科学院国家天文台博士生李家栋解释说,恒星初始质量分布规律在天文学中常被称为恒星初始质量函数。 它描述了一群恒星刚诞生时不同质量恒星的比例。 在整个天体物理研究中,恒星初始质量函数是现代天文学中非常基本的物理概念,在许多关键天体物理问题的研究中发挥着至关重要的作用。

半个多世纪以来,天文学家普遍认为,恒星的初始质量函数在整个宇宙和演化的各个阶段都是普遍且恒定的。 它已被用作星系形成和演化、星团结构和演化、双星演化、甚至太阳系外的基本假设。 它被广泛应用于行星、引力波等众多天体物理研究领域,几乎成为天体物理教科书中的“经典假说”。

然而,近年来,天文学家通过各种新的观测发现,恒星的初始质量函数很可能不是普适和不变的。 论文合著者、南京大学天文系教授张志宇指出,有迹象表明,在恒星形成活跃的环境中,大质量恒星的比例更高,这意味着恒星的初始质量函数可能不具有普遍性。

整个宇宙中恒星的初始质量函数是否发生变化已经成为困扰天文学家的重要问题,需要在银河系中找到更直接、更有力的观测证据。 近年来,随着郭守敬望远镜、盖亚卫星等国内外大型天文设施投入观测运行,获得了大量的观测数据,帮助我国天文学家找到了直接观测数据。恒星初始质量函数变化的证据。

研究团队利用郭守敬望远镜的大样本光谱数据,筛选出了太阳邻域迄今为止最精细的9万多颗恒星样本,并获得了每颗恒星的金属元素含量和质量。 他们结合盖亚卫星观测数据,首次采用了俗称“数星”的最直观的恒星计数方法,对不同金属元素含量和年龄的恒星进行了计数,并从几乎独立于任何模型的观测角度直接获得。 恒星初始质量函数。

宇宙中的不同地方需要适当的“尺子”才能正确测量

研究团队认为,无论是测量宇宙不同阶段星系中暗物质和重子物质的质量、构建星系的化学演化、了解恒星形成过程、分析双星演化的物理机制、探测太阳系外行星,甚至研究恒星级别的引力波事件等一系列天体物理学前沿问题的研究都将受到恒星初始质量函数变化的挑战。

刘超用“尺子”来比喻,指出:“这就像一把随着环境而变化的‘尺子’,你不能用同一个‘尺子’来测量宇宙的不同地方。在宇宙的不同地方,天文学家需要更换合适的。” “尺子”以获得正确的测量结果。 例如,早期宇宙无法用当前银河系的‘统治者’来测量。”

论文合著者、中科院紫金山天文台副研究员付晓婷补充道,恒星初始质量函数如此复杂的变化也对恒星形成理论提出了严峻挑战。

中国科学院国家天文台表示,这一原创成果是我国天文重大科学设施郭守敬望远镜在前沿基础研究领域取得的又一突破。 未来,中国将发射中国空间站巡天望远镜(CSST),将帮助天文学家在银河系及邻近星系更深处区域进一步验证这一重大发现,并为初始质量函数提供更深入的认识恒星的形成和恒星形成的物理过程。 丰富的天文观测数据。 (超过)

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