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天體物理學中有一個非常重要的基礎理論：恒星初始質量分布規律不變。然而，我國天文學家卻發現，恒星初始質量分布規律會隨著恒星金屬元素含量和年齡發生顯著變化。有評論認為，這一發現將對天體物理多個領域的研究產生深遠影響。

這項研究由中國科學院國家天文臺劉超研究員帶領的研究團隊利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）光譜數據超大樣本優勢、結合歐洲空間局蓋亞（Gaia）衛星數據完成，論文發表在北京時間1月19日凌晨出版的國際學術期刊《自然》上。

論文第一作者、國家天文臺博士研究生李佳東介紹，恒星初始質量分布規律，天文學上稱為“恒星初始質量函數”，是描述一群恒星在剛剛誕生時，不同質量的恒星所占的比例。經典理論認為，這個函數是不變的，“它是現代天文學中非常基礎的物理概念，對許多關鍵天體物理學問題的研究起到至關重要的作用”。

近年來，天文學家們發現，這個經典理論似乎不對，但又始終缺乏直接觀測證據來證明。

天文觀測手段不斷提升，給了天文學家們解決爭議的機會。此次，研究團隊發揮LAMOST大樣本光譜數據優勢，篩選出目前最精細的9萬多顆太陽鄰域的恒星樣本，并獲取了每顆恒星的金屬元素含量和質量。結合Gaia衛星的觀測數據，研究人員首次通過“數星星”——最直觀的恒星計數法，對具有不同金屬元素含量和年齡的恒星進行統計，從觀測角度直接測量到了幾乎不依賴于任何模型的恒星初始質量函數。

研究團隊發現，首次清晰觀測到年輕的小質量恒星數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，小質量恒星數量比例也越多。

這是天文學家首次如此清晰地觀測到恒星初始質量分布規律隨著恒星金屬元素含量和年齡發生了顯著變化，直接導致“恒星初始質量分布規律在宇宙中普適不變”的基本假設不再成立。

這一突破性成果將對天體物理學多個領域的研究產生影響——無論是測量宇宙不同階段星系中暗物質和重子物質質量、構建星系化學演化模型，還是理解恒星形成過程、分析雙星演化的物理機制、探測太陽系外行星，甚至包括研究恒星級引力波事件等一系列天體物理學前沿問題的研究，都將因恒星初始質量函數的變化而受到挑戰。論文通訊作者劉超說：“如果恒星初始質量分布規律不變，那么它就能成為我們丈量宇宙的一把‘尺子’。但現在我們發現，這把‘尺子’是會變的，那么，以前的丈量結果可能就是錯的，而未來我們則需要選擇更適合的‘尺子’。”（記者齊芳）