Nem mindenhol ugyanolyan a csillagok kezdeti tömegfüggvénye!

Az elméletek szerint nem, viszont sokszor a gyakorlatban ezzel az egyszerűsítő feltételezéssel élünk.  Most a Gaia űrobszervatórium rendkívül pontos mérései alapján a kutatók megállapították, hogy a kezdeti tömegfüggvény, vagyis az újonnan kialakuló csillagok tömeg szerinti eloszlása a Tejútrendszerben csillaghalmazonként más és más.

A kezdeti tömegfüggvény

A csillagok molekulafelhők hideg felhőmagjaiban keletkeznek, de mi határozza meg, hogy hány és mekkora csillag keletkezik egy halmazban? Ennek megválaszolására a csillagászok megalkották a kezdeti tömegfüggvény (initial mass function, IMF) definícióját, amely azt írja le, hogy egy csillaghalmazban milyen a csillagok tömeg szerinti eloszlása. Általánosságban véve elmondható, hogy kis tömegű csillagokból több, nagy tömegűekből pedig kevesebb keletkezik egy csillaghalmazban és első közelítésben valamilyen hatványfüggvény írja le a tömeg szerint a darabszám eloszlását.

Az OMC-2 csillagkeletkezési régió a James Webb-űrtávcső felvételén. (Forrás: [ESA/Webb, NASA & CSA, T. Megeath, M. Zamani (ESA/Webb); CC BY 4.0].)

A kezdeti tömegfüggvény ismerete különösen fontos a távoli galaxisok vizsgálata esetén, ugyanis a legtávolabbi galaxisokból jórészt a nagy tömegű csillagok fénye érkezik el hozzánk, a kisebb tömegűeké elvész. Ekkor a galaxis csillagpopulációinak rekonstruálásához (és a normál anyagban összpontosuló teljes tömegmennyiség becsléséhez) fontos a kezdeti tömegfüggvény ismerete.

Az elméletek szerint a kezdeti tömegfüggvényt befolyásolja a hőmérséklet, a fémesség és még más fizikai tényezők is, de ennek kimutatása még a saját galaxisunkban is igen bonyolult. Éppen ezért sok tanulmányban egyszerűsítő feltételezésként univerzálisnak tekintik a Tejútrendszer csillaghalmazaiból számolt kezdeti tömegfüggvényt. Felvetődik azonban a kérdés, hogy helyes-e ez a megközelítés?

A James Webb-űrtávcső felvételén megjelenő távoli galaxisokból érkező fény jórészt a nagy tömegű csillagokból származik. (Forrás: [ESA/Webb, NASA & CSA, G. Östlin, P. G. Perez-Gonzalez, J. Melinder, the JADES Collaboration, the MIDIS collaboration, M. Zamani (ESA/Webb); CC BY 4.0].)

A tömegfüggvény töréspontja

A kezdeti tömegfüggvény meghatározása sokkal bonyolultabb, mint amilyennek első ránézésre tűnhet: nem elég, ha megszámoljuk egy csillaghalmaz csillagait és meghatározzuk azok tömegét, hiszen a csillaghalmazokban a fejlődésük során megváltozik a kezdeti csillagösszetétel: a nagy tömegű csillagok élete gyorsan véget ér, míg a kis tömegűek kidobódhatnak a rendszerből. Ezek pedig természetesen hatással vannak a halmaz csillagainak tömegeloszlására.

Egy kutatócsoport azonban lehet, hogy rájött a titok nyitjára és talált egy olyan paramétert, amely jellemzi a kezdeti tömegfüggvényt, ráadásul időben sem változik. A kezdeti tömegfüggvény alakja sokszor egy megtört hatványfüggvény, ahol a töréspont két oldalán különbözőek a hatvány kitevői. Az pedig, hogy hol "törik meg" ez a függvény, vagyis milyen csillagtömegnél változik meg a meredeksége, nem változik a csillaghalmaz fejlődése során, és így jellemzi a kezdeti tömegfüggvényt.

A Gaia mérései

A Gaia űrobszervatórium a Tejútrendszer több mint 2 milliárd csillagáról készített igen pontos méréseket, amelyek alapján sok halmazban meghatározható a bennük levő csillagok tömege is. Egy friss vizsgálatban a kezdeti 7167 csillaghalmazból a kutatók 110 olyat találtak, amelyről elég részletes mérések születtek, illetve kellő számú csillagot tartalmaznak a kezdeti tömegfüggvény pontos meghatározásához.

Különböző csillaghalmazok kezdeti tömegfüggvénye és a bennük jelentkező töréspont. (Forrás: Steinhardt et al. 2026.)

A halmazok vizsgálata után a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a csillagok tömegeloszlását leíró hatványfüggvények töréspontja halmazonként változik, a halmazok korától függően. Ez azonban nem a halmazokban található csillagok dinamikai fejlődésének köszönhető, hanem tükrözi azt a környezetet, amelyben a halmazok születtek. Ez tehát arra utal, hogy a Tejútrendszer csillaghalmazainak kezdeti tömegfüggvénye változott a kozmikus idő függvényében.

Ez az új eredmény pedig hatással lehet a távoli galaxisok vizsgálatára is, ahol a molekulafelhők jelentősen eltérhetnek a Tejútrendszerben találhatóaktól.

A cikk forrása: https://aasnova.org/2026/07/08/gaia-data-show-that-the-initial-mass-function-is-not-universal/

Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet