清点新生儿
在前几篇导览里，你看着一个寒冷的核坍缩、旋出一个盘，然后作为一颗发光的[[protostar|原恒星]]被点亮。你也看到，一团巨云并不会造出一颗巨怪般的恒星，而是通过碎裂破碎成一窝恒星大小的碎块。现在退后一步，看看这造完的人群。如果你能把一团云刚造出的每一颗恒星都排成一列、按体重分类，你会注意到一件惊人的事：自然并没有把它们造成同样多的数量。它造出一大群又小又暗的恒星，却只造出珍稀的几颗又大又亮的。
这份清点——一团云会造出每种出生质量各多少颗恒星——就是[[initial-mass-function|初始质量函数]]，简称IMF。它不是从天而降的自然定律，而是一种经验规律，靠清点真实星团中真实的恒星读出。而这规律很陡。每有一颗真正的大质量恒星，比如二十倍太阳质量，一个造星区通常就会造出几百颗类太阳恒星、几千颗只有约十分之一太阳质量的小红矮星。大恒星并非不可能——它们只是稀有。
让IMF如此被珍视的，是它顽固的雷同性。当天文学家清点邻近星团、遥远星团、银河系盘以及它古老的晕中的恒星时，同一种偏斜的形状反复出现：小恒星总是远多于大恒星。它并非处处完全相同，在真正极端条件下它是否会变化也确有争议，但它已接近普适到天文学家把它当作一份近乎固定的配方。一条曲线竟能描述跨越数十亿年、跨越迥异之地的恒星诞生，这正是这一领域不动声色的奇迹之一。
配方的形状
这条偏斜的曲线从何而来？你已经从碎裂那一篇里得到了大部分答案。回想一下，[[jeans-mass|金斯质量]]——一团团块在引力战胜压力前所需的临界体重——会随着冷云变密而缩小。于是一团坍缩的云碎成越来越小的碎块，而这级联自然会产出比大碎块多得多的小碎块，正如砸碎一块岩石，得到的卵石远多于巨砾。IMF在一定程度上，就是碎裂的清点画成的图。
写成粗略的法则：在约一个太阳质量以上，恒星数量随质量陡峭下降——即经典的萨尔皮特斜率——所以你索求的质量每翻一番，这类恒星的数量就削减好几倍。在低质量端，曲线变平，然后在褐矮星边界附近转折，使得最轻的天体再次变得不那么常见。下面的示意图不是一个精确的方程，而是趋势的草图：把每一行读作“每有一颗巨星，就有这么多那种恒星”。
mass (in Suns) roughly how many, per 1 giant of 20 Msun 0.1 red dwarf ~ several thousand 0.3 small star ~ a thousand 1.0 Sun-like ~ a few hundred 3.0 bright star ~ a few tens 10.0 hot massive ~ a handful 20.0 rare giant ~ 1 N(stars) falls steeply as mass rises (Salpeter slope) ... then turns over below ~0.1 Msun (brown-dwarf edge)
毁掉育婴室的巨星
这里有个把整个故事串起来的转折。一团云所含的气体足够长时间地造星——可它偏偏不。一团云的气体里，往往只有百分之几，会在云消散之前变成恒星。为什么这么吝啬？因为那些稀有的大质量恒星，正是IMF造得极少的那些，是破坏者。它们反过来对付自己的出生地，把它撕碎。这种自我破坏叫作[[stellar-feedback|恒星反馈]]，它正是让星系不致一次性把气体全部变成恒星的刹车。
第一件、也是最温和的武器是光——但大质量恒星的光绝不温和。表面温度高达数万度，一颗炽热的年轻恒星把周围灌满了紫外光子，能量足以把氢原子那唯一的电子直接撞飞。恒星周围一个不断扩大的气体球被电离，化作温度约一万度、由裸质子和电子构成的汤：一片发光的[[hii-region|电离氢区]]。原本酷寒、也许只比绝对零度高十几二十度的云，如今热了一千倍，压力也高出极多。
那个炽热高压的气泡无法被一直憋住；它膨胀着，把周围寒冷的云向外推，就像一只充气的气球顶着软面团。当电子重新与质子结合时，它会以光的形式释放能量，其中大部分呈深红色辉光，这正是众多造星星云在照片中泛出粉红的原因。猎户腰带下方、肉眼隐约可见的猎户座大星云，就是最近的宏大范例——靠它心脏处仅仅四颗炽热的年轻恒星点亮，电离并推挤着一团跨度数光年的云。
星风、爆轰，与一个自限的循环
电离光只是开局的一步。大质量恒星还会驱动凶猛的星风——以每秒数千公里从表面喷出的气流——在云中扫出空腔与壳层。它的光的纯压力，敲打着尘埃颗粒，又添一推。而仅仅几百万年后，最重的恒星便在一场超新星中死去，那一瞬间注入的能量，比恒星一生辐射的总和还多，把残余的云撕得粉碎。光、然后是风、然后是爆轰：一阵节节攀升的毁灭鼓点。
所有这些效应都指向同一个结局：它们加热气体、把它驱离。回想金斯质量那一篇——加热一团云，会抬高一团团块坍缩所需的体重。所以反馈不仅仅是把残余气体吹散——它还抬高了任何新坍缩的门槛，从同一团云里掐断进一步的恒星诞生。这就是那个自限的循环：恒星形成制造出终结自己的执行者。一团云造出几颗大质量恒星；那几颗恒星又拆掉了这团云。
从未点亮的星
现在顺着IMF一直走到它最底的一级。碎裂不断造出越来越小的碎块，但存在一个下限——低于它，一个天体哪怕恰恰像恒星那样形成，也终究无法成为恒星。这些就是[[brown-dwarf|褐矮星]]——失败的恒星。分界线约在太阳质量的8%，大致是木星质量的80倍。高于它，引力把核心挤得足够热，点燃普通氢聚变，一颗真正的恒星就此诞生；低于它，核心永远达不到那个约一千万度的点火温度，这颗“准恒星”便干脆烧不起来。
褐矮星并非全然冰冷死寂。它会短暂地聚变氘——一种远更易燃的重氢——而这一闪，其实正是褐矮星下边界最干净的定义，把它们与下方的巨行星区分开。但氘很快耗尽，此后这天体便再无熔炉。它只靠形成时残留的热发光，在数十亿年间缓慢黯淡，从暗淡的暗红渐渐滑向更冷、更暗的余烬。尽管名为“褐”，褐矮星并不褐；最冷的那些暗到几乎只在红外发光。
褐矮星之所以重要，是因为它标记着造星过程最终在何处失败——IMF最底的一级。清点它们能检验碎裂究竟能走到多小，而由于它们如此暗淡，人们在红外、而非可见光中搜寻它们。它们还模糊了一条曾经看似清晰的界线：恒星与行星之间的边界，一部分关乎质量，一部分关乎天体如何形成，而褐矮星正跨在其上，大到不能算行星，又小到不能算恒星。已知最近的一对，距我们仅约六光年半，冷到足以有“天气”——片状的奇异矿物云掠过它们的表面。
这一切为何重要
退后一步，看看有多少东西系于这一条曲线的形状。那少数稀有的大质量恒星，虽寿命短暂，却产生了星系的大部分光、锻造了它大部分重元素，并作为超新星爆发，把行星与生命之原子播撒进太空。那数不清的小恒星，囤积着星系大部分长寿质量，燃烧得如此缓慢，以致太阳消亡之后它们仍将长久闪耀。所以IMF不动声色地掌管着星系如何发光、如何自我富集，以及它藏着多少暗弱的低质量物质。
也要诚实面对我们尚不知道的。IMF为何恰取此形——由碎裂、湍流、冷却与反馈纠缠的相互作用决定——是恒星形成中最深的未解之谜之一。我们能精确测出这条曲线，却还不能从第一性原理把它干净地推导出来。同样，把反馈刻画对，也是模拟整个星系如何形成时最核心的头疼问题之一。这一级所呈现的图景真实而经受了充分检验，但它的前沿仍然敞开，而这份敞开，正是这门学问之所以鲜活的一部分。