点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:数完9万颗星星,他们推翻了经典理论
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

数完9万颗星星,他们推翻了经典理论

来源:中国科学报2023-01-19 09:56

  “我们的研究成果,挑战了天文物理领域的经典理论!”

  1月19日,《自然》发表了中国科学院国家天文台研究员刘超团队与北京师范大学、南京大学、紫金山天文台等单位研究人员合作的一项重大成果。研究认为“恒星初始质量分布规律”会随着恒星金属元素含量和年龄发生显著变化,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知。

  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·库鲁帕评价:“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银河系演化历史和环境相关。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。”

  解决了存在30年的争议

  广袤宇宙中无时无刻不在诞生新的恒星,同一恒星形成区会批量形成许多不同质量的新生恒星。恒星初始质量分布规律,天文学上称之为“恒星初始质量函数”,它描述了一群恒星在诞生时,不同质量的恒星所占的比例。

  “恒星初始质量函数在宇宙各处及各个演化阶段是普适不变的。”这一概念自1955年提出以来,作为基本假设,在星系形成与演化、星团结构和演化、双星演化,甚至太阳系外行星以及引力波等诸多天体物理研究领域广泛应用,成为天体物理教科书中的“经典假设”。

  “一些迹象显示,在恒星形成活跃的环境中,大质量恒星的比例更高,这意味着恒星初始质量函数可能不是普适的。”论文合作者、南京大学天文系教授张智昱说。

  但由于找不到直接和有力的观测证据,这个争议存在了30年。

  “当时困扰我们的是太阳附近可用于分析的恒星数量太少,统计中的不确定度就很大,而对银河系外星系关键信号的解释强烈依赖物理模型,可能受到系统偏差影响。”刘超说。

  此次发表的原创性成果发挥了我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)超大光谱数据样本优势,同时结合了欧洲空间局盖亚(Gaia)卫星数据。LAMOST目前保持着最大样本恒星光谱数据的世界纪录,Gaia的性能正好和LAMOST互补,二者结合对恒星归类很有帮助,能够把“年老”的恒星挑出来。

  正是这样的优势,研究团队得以“精挑细选”出9万颗距离太阳1000光年以内的恒星样本。在保证误差足够小的同时,最大程度减少对物理模型的依赖。

  观测手段进步后,刘超团队首次通过最直观的恒星计数法,也就是“数星星”,对具有不同金属元素含量和年龄的恒星进行统计,从观测角度直接获取了几乎不依赖于任何模型的恒星初始质量函数。

  这么多恒星,如何“数”?刘超表示,他们根据恒星的亮度等物理特征,建立了一个模型,反推这些样本可以代表多少颗恒星。

  紧接着,根据每颗恒星不同质量和所含金属的比例,刘超把恒星分成不同小组分别进行统计。1000光年范围内的恒星分布是不均匀的,所以还要考虑到空间分布的特性。

  “这9万颗恒星中,有1/4不是单颗恒星,旁边会有一个看不太清楚的伴星,甚至还有少量的多星系统,这些都要纳入统计考量范围内。”刘超说。

  当所有情况都考虑在内后,“数星星”这项工作才算完成。他们观测到年轻的小质量恒星数量比例明显高于年老的恒星,金属含量越高的恒星家族中小质量恒星数量比例就越大。

  “这是天文学家首次如此清晰地观测到恒星初始质量分布规律随着恒星金属元素含量和年龄发生了显著变化,直接导致恒星初始质量分布规律在宇宙中普适不变的基本假设不再成立,终结了天文界一直以来关于恒星初始质量分布规律是否变化的争议。”刘超说。

  “习以为常的可能是最值得反思的”

  做基础研究需要沉得下心,而挑战经典理论更是“基础中的基础”。事实上,这项研究虽然重要,但在天体物理领域只有“一小撮人”在做。

  从2015年开始到论文正式发表,刘超为什么能够在这项研究中坚持8年?他说:“我的研究选题倾向于更加基础的问题,希望能做‘改变教科书’的事。一些我们习以为常的理论,可能恰恰是最值得反思的地方。”

  2015年7月,刘超得出了一个和当前结果类似的结论。兴奋之余,他主动联系了《自然》编辑。

  “不过当时没有9万颗恒星,我们发现数据存在选择效应问题,在选择性和样本性上不够严谨。”刘超说。

  又花了两年时间,2017年刘超解决了选择效应的问题。紧随其后的两年,刘超陆续优化了恒星空间分布测量的方法,解决了双星问题。

  直到2019年,前期技术困难和障碍基本被扫除,剩下的就是对研究发起“攻关”。2020年开始,刘超带着论文第一作者、国家天文台博士生李佳东开始了紧张的数据分析和处理,以及模型建立等工作。2021年初,结果出来了!

  2022年春节,他们打开《自然》的投稿系统,将文章发送到了编辑部。一般情况下,《自然》只有两轮审稿,万万没想到,刘超和审稿人经历了5个来回的“拉扯”。

  “这9万颗恒星如果不分组,能不能重现以前的结果?”“希望从恒星亮度分布的角度,重新检测你们的方法”……面对这项挑战经典理论的研究成果,3位审稿人先后提出了近70个问题,要求团队做出不同的验证。

  直到2022年10月26日,刘超才接到论文接收通知。“9个月的审稿历程,我们经过不断重复验证,对这个结果越来越有信心。审稿人的问题很尖锐,他们不是鸡蛋里挑骨头,而是让我们的结果变得更加可靠。”刘超说。

  还只是“破门”的工作

  这一突破性成果,对天体物理学领域的多个研究产生了影响。无论是测量宇宙不同阶段星系中暗物质和重子物质质量、构建星系化学演化模型,还是理解恒星形成过程、分析双星演化的物理机制、探测太阳系外行星,甚至包括对恒星级引力波事件等一系列天体物理学前沿问题的研究,都将因恒星初始质量函数的变化而受到挑战。

  “这如同一把会随着环境变化的‘尺子’,不能用同一把‘尺子’丈量宇宙的不同地方,天文学家需要更换合适的‘尺子’才能得到正确的测量结果。例如,使用银河系目前的‘尺子’就无法测量早期的宇宙。”刘超说。

  遗憾的是,这次研究虽然挑战了经典理论,但并没有给出更好用的恒星初始质量函数变化参数。“这只是‘破门’的工作,我们会顺着这个思路推动进一步研究。”刘超表示。

  幸运的是,我国在不久的将来会发射中国空间站工程巡天望远镜(CSST),刘超团队将借助CSST完成更多的观测工作。

  刘超表示,CSST能够观测到大半个银河系、看到几十亿颗恒星。以往恒星质量在千分之八太阳质量以下就是“失败的恒星”。有了CSST,天文学家甚至可以观测小到千分之一太阳质量的天体,并获得这类天体更精确的质量函数。(高雅丽)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 西渝高铁达州至广安段完成架梁

  • 西藏博物馆骨干集中“充电”强本领

独家策划

推荐阅读
记者16日从中国科学院国家空间科学中心获悉,来自该中心等单位的科研人员,通过三维数值模拟首次揭示,月球内部的金属月核在“感受”到太空磁场突变时,会像电磁感应一样产生感应电流和感应磁场,这股力量会挤压月球周围的太阳风,在月球两侧边缘形成一道特殊的“压缩带”。这项研究不仅揭示了月球导电内核在太阳风与月球相互作用中的重要作用,也为未来探测月球内部结构提供了新依据。
2026-04-17 10:30
据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2026年4月17日01时36分,经过约5.5小时的出舱活动,神舟二十一号乘组航天员张陆、武飞、张洪章密切协同,在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下,圆满完成空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。
2026-04-17 10:30
今年4月17日是第三十八个世界血友病日,主题为“诊断是关怀工作的第一步”。我国血友病患者诊疗现状如何?如何早识别、早干预?患者在日常生活中如何做好管理和防护?
2026-04-17 10:21
截至2026年3月31日,29个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团共154个统筹地区完成上年度医保基金清算,覆盖率达全国统筹区总数的39%,超额完成试点任务。其中,吉林白山、浙江宁波等43个非试点地区主动对标试点标准同步完成清算任务。山东、宁夏、北京、河北、海南、天津、河南等7地完成全省(自治区、直辖市)清算。
2026-04-17 10:20
商务部新闻发言人何亚东在16日举行的新闻发布会上表示,外资研发中心是我国创新体系的重要组成部分。2月,财政部、商务部等部门共同印发了有关通知,继续对外资研发中心进口有关科研用品免征进口关税和进口环节增值税、消费税。
2026-04-17 10:13
中国科学院微小卫星创新研究院15日发布轻舟试验飞船首批科学成果:关键技术验证方面,飞船测试了密封结构、推进、惯性测量、热控环控等核心系统。
2026-04-16 09:24
此次飞行对多项关键技术进行在轨考核,同时搭载27项科学试验载荷,还携带近300件青少年科普作品和一件《马踏雄风》瓷马进入太空。
2026-04-16 09:22
15日9时50分,由中国航空工业集团自主研制的HH-200航空商用无人运输系统,在航空工业民机试飞中心渭南运营基地平稳降落,圆满完成首飞。
2026-04-16 09:21
记者15日从国家林草局获悉,在法国巴黎召开的联合国教科文组织执行局第224届会议上,我国浙江常山和四川四姑娘山顺利通过会议审议,正式成为世界地质公园。
2026-04-16 09:20
党的十八大以来,我国统筹推进扩绿、兴绿、护绿并举,城市绿化实现从“有没有”到“好不好”的跨越式发展。为精准破解部分地区绿化分布不均、群众亲近自然不便的难题,各地因地制宜、见缝插绿,把生态福祉送到群众家门口。
2026-04-16 09:18
首次增设智能穿戴、显示技术、消费级无人机、集成房屋及庭院设施等9个专区。更多新企业、新产品、新技术走向世界,服务全球消费者。
2026-04-15 11:12
根据药品流通的不同渠道,《意见》明确发挥医疗机构专业作用、引导药店合理制定药品零售价格、用好网上药店价格发现功能等措施,鼓励各类主体参与价格形成。根据药品的不同领域,《意见》强调促进创新药多元支付与价格合理形成、强化短缺药保供稳价、加强麻醉药品和精神药品价格管理、规范药品原辅料价格行为,引导关键领域药品价格保持合理水平。
2026-04-15 09:26
而泵房内的水肥一体化配料系统,则扮演着“神经网”中智能中枢的角色。“从‘两脚泥’的传统漫灌,到指尖上的智能操控,再到云端管控的智慧灌溉,这场变革只用了短短几年。
2026-04-15 09:25
河北省秦皇岛市海港区河北大街秦邦医药连锁有限公司的一家店内,药品分区摆放整齐有序,店员马红梅正向顾客叮嘱用药须知。2019年成立至今,湖南一块医药专注于用数字化手段服务中小连锁药店,目前已连接500余家供应商,服务全国10万余家终端药店,触达县域消费者超3亿人次。
2026-04-15 09:36
本年度前期,黑河流域整体气温偏高,干流河道封河晚、开河早,河道封河河长短,冰储量较常年偏少;东居延海蓄水量较上年度同期偏少。实时调度过程中,水利部黄河水利委员会黑河流域管理局科学调度黄藏寺水利枢纽及梯级电站。
2026-04-15 09:24
推动银发经济行稳致远,当务之急是摒弃“重规模、轻质量”的粗放思维,实现从“有没有”到“优不优、适不适”的内涵式跨越。近年来,在政策引导与市场探索的双轮驱动下,我国适老化建设取得了一系列实实在在的成效。
2026-04-15 09:23
自2025年部分品牌充电宝宣布大面积召回以来,以充电宝为代表的移动电源产品的质量问题一直备受关注。充电宝新国标的推出意义重大,它将重新树立移动电源行业的产品标准和安全底线。
2026-04-15 09:22
“HPV(人乳头瘤病毒)疫苗对印度尼西亚女性很重要,因为它能保护我们免受宫颈癌的侵害。”  维诺预计,在实现全面本土化生产后,印尼每年可生产数百万剂HPV疫苗,在稳定供应的同时显著降低接种成本,为更多女性筑起抵御宫颈癌的健康防线。
2026-04-14 09:32
青藏铁路进出藏货物累计突破1亿吨  光明日报西宁4月13日电 记者訾谦从中国铁路青藏集团有限公司获悉,青藏铁路全线通车运营20年来,进出藏铁路货运量稳步增长。
2026-04-14 09:32
不久前,国家药监局正式批准国内首例植入式脑机接口产品的医疗器械注册证,实现脑机接口医疗器械全球首发上市。脑机接口产业仍处于发展初期,设备研发、手术植入、术后康复等成本较高。
2026-04-14 09:35
加载更多