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2015.9.3：恒星生来就不平等，它们的初始质量差别超过1000倍。我们的太阳在其中属于较小的黄矮星。更重要的是，恒星并非独立形成，它们是（成批）孕育于巨大的氢分子云中。这样问题就来了：是什么恒星生成机制决定分子云形成蓝巨星、黄矮星和红矮星？这就像在问假如所有的汽车商，制造相同比例的卡车、越野车、箱式轿车和微型车会如何？解决该问题的最佳方法，不是在我们自己所在的银河系中搜寻，而且看看我们的邻居——离我们约250万光年的仙女座大星系（M31）。借助美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜获得的海量数据，在哈勃M31巡天拼接巨图的1.17亿颗恒星中，镶嵌着2753个（年轻）星团。天文学家团队发现，无论何种原因，看起来大自然制造恒星就像一批批饼干：考虑到恒星孕育的复杂物理过程，M31各星团中的恒星诞生比例竟然是很相近的，并且与银河系中近邻星团的比例相同，这真令人惊讶！
6个星团样本和其所在的M31旋臂区域。大图：2.9MB，版权：NASA，ESA；研究者团队，下同。 本图由哈勃高级巡天相机（ACS）的广域通道（WFC）和第三代广域相机（WFC3）的紫外/光学通道（UVIS）和红外通道（IR）拍摄，配色如下：ACS，475纳米（nm）的蓝绿光，配色绿；814nm的近红外光，伪彩配色黄；WFC3，336nm的紫外光，蓝；1.60微米的近红外线，红。左图标出了几个星团所在的位置，标尺为2000光年，右图每个标尺是100光年。 根据NASA哈勃太空望远镜对仙女座大星系（编号M31）海量巡天数据中2753个年轻的蓝色星团的分析，天文学家发现，M31和银河系的新生恒星，质量分布比例是相同的。 通过确定星团中特定质量的恒星比例，或天文专业名词“初始质量函数”（IMF），科学家能够更好地了解遥远星系的星光组成，理解我们宇宙的恒星形成历史。 哈勃对M31的集中性巡天形成了414幅数据拼接图像，由此形成了一个独特的天文学家和公民科学志愿者间的合作项目，志愿者为海量哈勃数据分析提供了无价的帮助。
上图区域在PHAT巡天中的定位。大图：3.4MB。 研究报告首席作者、华盛顿州立大学西雅图分校的丹尼尔·薇兹（Daniel Weisz）介绍：“没有这些公民科学志愿者的帮助，我们对如此海量哈勃数据的IMF分析实在不知道要进行多久。” Weisz团队报告发表于2015.6.20出版的《天体物理学报》上。 测量IMF是雄心勃勃的哈勃仙女座大星系全景巡天财政资金项目（PHAT）的最初源动力。PHAT项目产生近8000幅图像，涵盖从近紫外到可见光再到近红外波段，包含M31半个盘面上约1.17亿颗恒星！ 恒星诞生于巨大的分子氢和尘埃云的坍缩，气体云碎裂为小的物质团块，每个团块将最终形成数百颗恒星。恒星生来就极不平等，它们的初始质量从太阳的1/12一直可以到一两百倍。 在哈勃对充满恒星的M31盘面进行标志性巡天之前，天文学家手头只有对我们银河系中邻近星团的IMF测量数据（译注：此处仅指年轻的疏散星团，下同）。而哈勃对M31的全景式鸟瞰图，使得天文学家首次获得了史无前例的大范围星团样本，而且这些IMF数据还基本处于离地球相同的距离——约为250万光年。因为星团散布于星系的各处，所以巡天获得的星团样本各式各样：它们的质量相差约10倍，而年龄从400万年到2400万年不等。 令研究者惊讶的是，所有星团的IMF数据非常近似。看起来大自然孕育恒星就像批量制作饼干，采用始终如一的质量配比：从蓝超巨星到小质量红矮星。Weisz接着说：“真难以想象我们邻居星系的IMF数据是如此的整齐划一，更何况形成恒星是个复杂的物理过程。” 85个大质量星团的研究结果，横坐标是星团与太阳质量之比，左边的纵坐标Γ是质量分布函数的斜率，虚线是Kroupa团队此前的研究成果。图中的点大小对应星团的尺寸大小，颜色表示星团的年龄。 令人感兴趣的是，这些星团中最亮最大质量的恒星比此前研究预计的少了25%。天文学家使用这些最明亮恒星的光以称重遥远星团/星系的距离，并测算星团以多快的速率形成恒星。这个结果暗示依据此前研究估算的（星系）质量太低了，因为他们假设那里还有太暗而看不见的小质量恒星伴随那些明亮的大质量恒星诞生。 这些证据还表明，早期宇宙中没有足够多的重元素以形成恒星，因为能制造并最终以超新星爆发散播重元素的大质量恒星比预期的少。了解大约100亿年前早期宇宙中的恒星形成速率是至关重要的——大部分恒星都是在那时形成的。 作为本项研究基础的PHAT星团数据档案，获得了大约3万名志愿者的帮助，他们从数千幅哈勃图像中搜寻、挑选星团。 仙女座大星系项目是宇宙动物园（Zooniverse）组织主持的多项市民科学参与项目之一。在25天的时间内，这些公民科学志愿者共提交了182万份独立的图像分类（基于星团形状、恒星的集中度、相对于背景恒星的恒星突出度），粗略等于专业人员24个月的持续分类研究。科学家根据这些分类鉴别出2753个年轻星团样本，使得PHAT巡天区域的已知星团数量比之前增加了5倍。Weisz总结说：“这些市民科学志愿者的努力开启了一道新的通向各种有趣的科学调查之门，其中就包括这次的IMF测量。”
两个M31的星团样本大图AP244、AP108，数据图像来自哈勃PHAT项目。
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