北京时间2023年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、北京师范大学天文和天体物理前沿科学研究所刘超研究员带领的研究团队的一项重大成果，论文第一作者李佳东是北京师范大学天文系2014级本科生，现正在国家天文台攻读博士研究生。依托我国重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲空间局Gaia卫星数据，他们发现天体物理学中一个非常重要的基础理论“恒星初始质量函数”会随着恒星星族金属元素含量和年龄发生变化（图1），导致恒星初始质量函数在宇宙各处都不变这一经典假设不再成立，这将深刻改变人们对新生恒星质量分布规律的认识。

广袤宇宙的千亿星系中无时无刻不在诞生新恒星，同一恒星形成区会批量产生许多不同质量的新生恒星。恒星初始质量函数则描述了恒星形成时，不同质量的恒星所占比例，即新生恒星相对数量随质量的分布规律。多年来，天文学家通常假设这一分布规律在宇宙各处都会保持不变，并广泛应用在星系形成与演化，星团结构和演化，双星演化，太阳系外行星以及引力波等诸多天体物理的研究领域，几乎成为天体物理教科书中的“经典假设”。

研究团队利用LAMOST数据获取了目前最精细的9万多颗太阳附近的恒星样本进行分析，发现年老星族中质量小的恒星比例偏少，且这一趋势不随金属元素含量而变化；但对偏年轻星族，金属元素含量越高，质量较小的恒星比例也越高（图2）。这是天文学家首次清晰观测到恒星初始质量函数随着银河系演化历史和环境而发生的显著变化，挑战了新生恒星质量分布规律不变的经典理论。

这一原创性成果将对天体物理多个领域的研究发展产生深远影响，促使天文学家重新审视恒星初始质量函数的物理本质。恒星初始质量函数领域的国际权威，德国波恩大学教授帕弗尔·库鲁帕（Pavel Kroupa）评价该成果：“这项研究基于大样本观测获取的高质量数据，揭示了银河系中恒星初始质量函数与恒星金属丰度和年龄相关。这对于深入理解银河系中不同环境不同时间恒星形成的性质非常重要。”

图1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2图中横坐标显示了恒星星族的金属丰度，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。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05488-1