詹姆斯·韦布望远镜发现：早期星系可能藏着三到四倍的“隐形”恒星质量

一次针对“恒星出生配方”的测量

恒星并不是以同一种质量诞生的：有些质量巨大、寿命短，有些则质量很小、寿命极长。天文学家用“恒星初始质量函数”（initial mass function，简称 IMF）来描述一批新生恒星中不同质量恒星的比例。

过去，在估算遥远星系的恒星质量时，研究者往往采用与银河系相似的初始质量函数。但莱顿大学牵头的国际团队通过对9个遥远静止星系的超深度光谱观测，首次在本地宇宙之外取得了对这一分布的有力测量：这些星系都含有异常多的低质量恒星，也就是所谓的“底重型”初始质量函数。

韦伯望远镜与地面望远镜如何协同工作？

研究对象是9个红移约为0.7、已经停止形成恒星的巨大星系。团队将詹姆斯·韦布空间望远镜近红外光谱仪（JWST/NIRSpec）在IMFERNO项目中获得的超深度光谱，与欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）LEGA-C巡天获取的深蓝光学光谱结合起来。

这种覆盖更宽波段的观测方式非常关键：

• 星系静止系近红外波段中的某些吸收特征，能够揭示那些光线微弱、但数量众多的低质量矮星；
• 光学波段则有助于约束恒星群的年龄、金属丰度以及不同元素的丰度；
• 两类信息结合后，研究者可以把“星系有多老、含多少重元素”和“低质量恒星究竟有多少”区分开来，而不是把所有信号混在一起解释。

低质量恒星为何会造成“隐藏质量”？

低质量恒星通常不如大质量恒星明亮，因此即使它们数量很多，对星系总光度的贡献仍然有限。但从总质量来看，它们却可能占据相当大的比例。

这意味着，如果用银河系式的恒星初始质量函数去解读这些星系的光线，就可能漏算大量恒星质量。研究显示，9个星系的低质量恒星都出现了超出银河系标准的比例；对于样本中最古老的两个星系，使用实测的底重型初始质量函数后，其推算恒星质量提高了约3至4倍。

“早熟”星系的难题变得更棘手

詹姆斯·韦布望远镜已经发现，一些巨大且高度演化的星系在宇宙非常年轻时就已经存在。例如，光谱观测确认的静止星系GS-9209位于红移4.658处，那时距离宇宙大爆炸仅约12.5亿年。

这类星系在如此短的宇宙历史中迅速聚集大量恒星，本已让星系形成模型承受压力。现在，如果这些星系在恒星诞生时也具有底重型初始质量函数，那么它们实际形成的恒星质量可能比过去估算的更多，形成速度也必须更快——这不是缓解矛盾，而是让矛盾进一步升级。