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,简称IMF)描述了新生恒星相对数目随质量的变化举个例子假设一个星团正在分子云中形成,IMF给出了星团中不同质量恒星所占的比例。IMF是现代天体物理中的一个基本问题。从恒星形成与演化到星系的形成与演化,IMF常常是理论模型的一个关键输入量,或者是从观测推算重要物理量的必要假设。研究表明,至少在银河系及本地星系群IMF基本不变考虑到恒星从稠密的分子气体结构中诞生,测量分子云核质量函数(Core Mass Function,简称CMF)是研究IMF起源的主要着眼点,并在近二十年来逐步形成一个主流观点:CMF直接决定了IMF云核到恒星的转变一个自相似过程

南京大学天文与空间科学学院邱科平教授团队基于赫歇尔(Herschel空间红外天文台的多波段观测,利用最新的算法提取出著名巨分子云"天鹅座X区(Cygnus X)"内的8431云核,给出了这个云核样本的CMF经过详细深入的分析,研究团队发现,10倍太阳质量以上,CMF与银河系IMF完全一致,在低质量端,特别是1倍太阳质量以下,CMF偏离IMF


图1天鹅座X区的CMF,黑色小圈代表原始数据,淡灰色点表示在原始数据的基础上做完备性改正和基于蒙特卡洛模拟的误差估计,红色点表示最终的CMF,红色竖线表示误差范围,蓝色和橙色虚线表示银河系IMF

与现有的CMF研究相比,天鹅座X区的云核样本在数量上提高了12个量级,并且,研究团队对云核提取算法、样本完备性、质量估算误差等都做了深入分析,从而给出了迄今为止最可靠的CMF研究团队进一步通过亚毫米波干涉阵(Submillimeter Array)的高分辨率观测分析了大质量云核的碎裂,发现从云核到更小尺度结构的转变不满足自相似条件。研究团队还发现,一定质量以上气体结构质量函数与IMF的一致并不仅对云核成立,对更大尺度的团块也能成立。这些结果表明,尽管高质量端CMFIMF一致,云核到恒星的转变不是一个自相似过程,IMF并不直接由CMF决定。简而言之,邱科平教授团队围绕CMFIMF起源的工作在统计上和方法上比现有工作有显著提高,在结果上目前的主流结论提出了关键性挑战

该项研究成果2021825日在《天体物理学快报》(The Astrophysical Journal Letters在线发表邱科平教授指导的博士研究生曹越为第一作者邱科平教授为通讯作者美国哈佛史密松天体物理中心张其洲研究员、南京大学博士研究生王雨微、南京大学数学系肖源明副教授为合作者。该工作得到了国家自然科学基金科技部重点研发计划的资助。


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