【本篇報導由地球科學系  李悅寧助理教授研究團隊提供】

　　恆星形成貫穿各尺度之天文現象，可以概括敘述為一系列由重力引發的塌縮碎裂過程，然其中卻牽涉到許多的非線性的物理交互作用，如高馬赫數的紊流、低電離的電漿、不規則的磁場、宇宙射線與熱輻射。恆星形成的環境百百種，但若以結果論，所有恆星團的質量組成都令人出乎意料地相似。宇宙作為實驗室，觀測學家抽絲剝繭，理論學家抓耳撓腮，計算學家兩眼發直緊盯螢幕，就為了解釋並驗證恆星形成的過程中，什麼是橫跨宇宙千古不變的通則。

　　恆星之間看似空無一物的空間，其實存在著稀薄的氣體、光子、塵埃、與磁場，稱之為星際介質。星際介質是個多變的恆星搖籃，直接可觀測的物理量之中，密度、溫度、不規則的紊流運動速度、與磁場強度，皆有橫跨數個數量級的巨大變化，而恆星就是在這樣複雜的環境中誕生。 

　　恆星作為宇宙的基本單位，是重要的能量引擎與元素工廠，透過核融合過程將質量轉化為能量，進而發光、發熱、藉由恆星的反饋活動，以輻射、噴流、恆星風創造週遭熱鬧的星際環境。描述恆星特性最重要的參數，就是它的質量，直接決定了恆星的大小、光度、核融合功率、和生命長度。大質量恆星溫度高、活動強、生命短、反饋大、並且大量產生氫氦以外的重元素，改變星際介質的特性進而影響下一代恆星的形成；與太陽相似質量的恆星則提供恰到好處的能量，對生命的誕生不可或缺；小質量的恆星如恆河沙數，幽暗的微光，卻佔了最多數的質量總和。 

　　恆星時常群聚誕生，稱之為恆星團，恆星初始質量函數（IMF, Initial Mass Function）描述星團形成時，恆星質量的數量統計，這是星團很重要的一個表徵，與星際介質初始條件密切相關，也對星團乃至大尺度星系的演化影響重大。舉例來說，總重一百倍太陽質量的氣體塌縮碎裂形成恆星團，可以是100顆與太陽相同質量的恆星，也可以是10顆十倍太陽質量的恆星，在大尺度的重力量測上看不出差異，但兩者對星團演化的影響將會截然不同，這個差異可以反映在總光度和光譜上，經由觀測來判斷。 

圖一：形成中的恆星團，恆星誕生在氣體密度高的區域，質量有大有小。

　　令人費解的是，過去近60年的大部分觀測顯示太陽鄰近區域之IMF驚人地相似，雖然星際介質的特性多變，IMF的峰值都發生在約0.2太陽質量並在大質量範圍呈現指數遞減。然而，隨著觀測與模擬技術的進步，此一普遍性開始受到懷疑和挑戰，極端環境中，可能產生不同形狀之IMF，然而這些例子包括極不易觀測的遙遠星系、高密度的銀河系中心、和炙熱的早期宇宙。

圖二：數值模擬中的恆星初始質量函數，隨著恆星數量增加，IMF的形狀沒有明顯改變。

　　雖然IMF的普遍性目前仍缺乏強有力的理論證據支持，其在天文學眾多領域不可或缺的地位，使得此普遍性往往輕易地被接受為基本假設。為了對恆星初始質量函數提出完整且全面的解釋，我們觀測恆星形成環境中的各種密度分佈與動能特徵，以此作為數值模擬的初始條件來產生含有各種質量恆星的星團（如圖一）並量測數值實驗中得到的IMF（如圖二），並藉由重力與紊流交互作用的理論模型，依環境特性對IMF做出預測，並從多個面向切入探討，以釐清此迷惑，使往後研究在需要使用恆星初始質量函數的時候，有理可據。

原文出處：https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-020-00699-2