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邱科平教授团队对分子云核质量函数的研究取得关键进展: 恒星初始质量函数并不直接来自云核质量函数


恒星初始质量函数(Initial Mass Function,简(jian)称IMF)描(miao)述了新生恒星相对数(shu)目随质量的变化(hua)举个例子假设一个星(xing)团正在分子云(yun)中形(xing)成,IMF给出了星团中不同(tong)质量恒星(xing)所占的比例。IMF是现代天体(ti)物理中的一个(ge)基(ji)本问题。从恒(heng)星(xing)形(xing)成(cheng)与演(yan)化(hua)到星(xing)系(xi)的形(xing)成(cheng)与演(yan)化(hua),IMF常(chang)常(chang)是(shi)理(li)论模(mo)型的一(yi)个关(guan)键输入量(liang),或者是从观测推算重要物(wu)理量(liang)的必要假(jia)设。研究(jiu)表明,至少(shao)在(zai)银河系及本地星系群IMF基本不变考虑到(dao)恒星从稠(chou)密的分子气体(ti)结构中诞生,测量分子云核质量函(han)数(Core Mass Function,简称(cheng)CMF)是研究IMF起源的主(zhu)要着眼点,并在近(jin)二十年(nian)来逐步(bu)形(xing)成一个主流观点: CMF直接(jie)决定了IMF云核到(dao)恒星(xing)的转变一个自相似过程

爱(ai)游戏官网(wang)天(tian)文(wen)与空间科学(xue)学(xue)院(yuan)邱科平教授团(tuan)队基于赫(he)歇尔(Herschel空(kong)间(jian)红外天(tian)文台(tai)的多波(bo)段观测,利用最新的算法提取出著名巨分子云"天鹅座X区(qu)(Cygnus X)"内的(de)8431个(ge)云(yun)核,给出了(le)这个云核样本的CMF经过(guo)详细深入的分析,研究团队(dui)发现(xian),10倍太阳质量(liang)以(yi)上,CMF与银河系IMF完全一致,在(zai)低质量(liang)端,特别是1倍太阳质量以下,CMF偏(pian)离IMF


图1: 天鹅座X区的CMF,黑色(se)小圈代(dai)表(biao)原(yuan)始(shi)数据(ju),淡灰(hui)色(se)点表(biao)示在原(yuan)始(shi)数据(ju)的基础上做完(wan)备性改正和基于蒙特卡洛模拟的误差估计,红色(se)点表(biao)示最(zui)终(zhong)的CMF,红(hong)色竖线表示误(wu)差范(fan)围,蓝(lan)色和橙(cheng)色虚线(xian)表示银(yin)河系IMF

与现(xian)有(you)的CMF研究相比,天鹅座X区的云核样本在数量(liang)上提高(gao)了(le)1到(dao)2个量(liang)(liang)级(ji),并且,研究(jiu)团队对云核(he)提(ti)取算法(fa)、样本完备(bei)性(xing)、质量(liang)(liang)估算误(wu)差等(deng)都做了(le)深入分(fen)析,从而给出了迄今为止最(zui)可靠的(de)CMF研(yan)究(jiu)团(tuan)队进一步通过(guo)亚毫(hao)米波干涉(she)阵(Submillimeter Array)的高分(fen)辨率观(guan)测分析(xi)了(le)大质量云核的碎裂,发(fa)现从云核到(dao)更小尺度(du)结构的转变不满足自相似条件。研究团队(dui)还发现,一定质(zhi)量以上气体结构质量函数与IMF的(de)一致并(bing)不(bu)仅对云核成立(li),对更大尺度的(de)团块也能(neng)成立(li)。这些结果表明,尽管高质量端CMF与(yu)IMF一致,云(yun)核到恒星的转变不是一个自(zi)相似(si)过程(cheng),IMF并不直(zhi)接(jie)由(you)CMF决(jue)定(ding)。简而(er)言之,邱科平教(jiao)授团队围绕CMF与(yu)IMF起源的工作在统计上和方法(fa)上比现(xian)有工作有显著提高(gao),在(zai)结(jie)果上目前(qian)的主流(liu)结(jie)论(lun)提出了关键性挑战

该项研究(jiu)成果2021825日在《天体物理学快报》(The Astrophysical Journal Letters在线发表邱科平教(jiao)授指导的(de)博士研(yan)究生曹(cao)越(yue)为第一作者邱科平教授(shou)为通讯(xun)作者美国哈(ha)佛史密(mi)松天体物理中(zhong)心张其洲研究员、爱游戏官网博士研(yan)究生(sheng)王雨(yu)微、爱(ai)游(you)戏官网(wang)数学系肖源(yuan)明副教授为合作者。该工作得到了国(guo)家自然科学基金科(ke)技部重点研发计划的资助。


文章链接: http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac1947

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