这项发现可能改变我们测量宇宙的方法

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：朱宸宇

https://showme.missouri.edu/2026/mizzou-discovery-could-change-how-scientists-measure-the-universe/

从地球表面看到的银河系。图片来源：Adobe素材库

密苏里大学（University of Missouri）的研究人员的一个发现挑战了天文学界最被广泛接受的假设之一。这一突破可能改变科学家测量星系以及重建宇宙历史的方式。

几十年来，天文学家一直利用一条数学规律来估算遥远的星系中那些体积较小、难以观测的恒星的数量。这一规律假设恒星在宇宙各处的形成比例大致相同。

但密苏里大学文理学院的科学家发现事情没有这么简单。相反，大质量恒星和小质量恒星之间的比例似乎取决于它们形成时所处的环境。

这一发现有助于天文学家们更准确地估算星系的质量、年龄和演化过程。这项研究或许还能解释为什么美国国家航天局（NASA）的韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）观测到的某些星系的质量似乎比预期的更大：因为这些星系中的恒星形成机制可能与天文学家以往的假设有所不同。

“天文学中的一个基本假设可能被过于简化了。”该研究的共同作者、天文学教授查尔斯·施泰因哈特（Charles Steinhardt）说，“其他星系并没有违反物理定律——是我们用错了测量标准。”

这个测量标准就是初始质量函数（initial mass function，简称IMF）。由于天文学家无法直接观测到遥远星系中大多数体积最小、亮度最低的恒星，他们利用IMF，根据所能观测到的较亮恒星来估算此类小恒星的数量。50多年来，这一方法一直是现代天文学的基石。

为了验证这一想法，密苏里大学的研究人员分析了欧洲空间局（ESA）盖亚（Gaia）任务的数据。盖亚任务已经绘制了银河系中近20亿颗恒星的位置和相关信息。研究人员重点研究了星团，也就是在相似条件下共同形成的一群恒星。通过比较不同星团，研究人员可以检查恒星在各地的形成比例是否一致。

如果IMF确实具有普适性，那么每个星团都应该包含比例相近的不同质量恒星。然而，研究人员发现不同星团之间存在显著差异。这表明局部环境会影响最终形成的恒星类型。

观测中的四个疏散星团的恒星质量函数（stellar mass function，SMF）。SMF描述的是现在的星团，而IMF描述的是早期的星团。但是，随着星系的演化，两个函数中的“拐点”（break mass）应保持一致。图中四个疏散的SMF有着完全不同的“拐点”，这意味着它们的IMF完全不同。图片来源：施泰因哈特等人（2026）。

研究人员认为，与其放弃IMF模型，不如通过考虑恒星形成时所处的不同环境来完善模型。

“我们发现的规律出人意料的清晰，”这项研究中的本科生研究员、共同作者卡特·迈尔霍夫（Carter Meyerhoff）说到。“与其对每个星系都使用同一个模型，我们不如考虑恒星形成时所处的环境，并选择最符合该环境的IMF。”

这些发现为理解恒星形成以及解读遥远星系的观测结果提供了一个更灵活的框架。

“我们发现，宇宙比我们过去假设的更加复杂。”施泰因哈特说，“但与此同时，我们也正在越来越接近正确地测量宇宙。”

这项题为《银河系中恒星初始质量函数变化的直接证据》（“Direct evidence for stellar initial mass function variation in the Milky Way”）的研究发表在《天体物理学报通信》（The Astrophysical Journal Letters）上。罗切斯特大学（University of Rochester）的亚历山大·吕宁（Alexander Luening）也参与了这项研究。

拓展阅读：中国科学家对于IMF不变规律的挑战（https://mp.weixin.qq.com/s/l3a0KXG0E7l5jFWu40tdrw）

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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