「失敗的恆星」——目前為止質量最大的褐矮星被發現

文：鄭娟娟

（本文首發於筆者網易號「一心的未來世界」）

一個國際天文學家團隊發現了一顆破紀錄的褐矮星——在已知的褐矮星中具有「最純粹」的成分和最大的質量。這顆褐矮星叫做SDSS J0104+1535，位於銀河系的最外層——銀河系暈之中。《皇家天文學會月報》發表了這一新發現。

有時，坍塌的塵埃氣體雲並不能成功「孕育」出恆星，它們會形成一種名叫褐矮星的天體，擁有很多與主序星相同的元素，但由於缺乏足夠的質量，無法在其核心啟動核聚變，因而常常被稱為「失敗的恆星」（failed stars）。

褐矮星就像氣體巨行星（例如木星）和小型恆星（例如紅矮星）中間缺失的環節。它的質量小於最輕的恆星，與恆星相比，顯得非常黯淡和「涼爽」，不向外輻射可見光，因而尋找它們的方式是使用紅外望遠鏡。很多褐矮星被發現鑲嵌在塵埃氣體雲中。由於紅外線可以穿透宇宙空間厚厚的塵埃，所以，即使褐矮星被大量的塵埃氣體雲裹挾著，紅外望遠鏡依然可以發現它們的身影。

在褐矮星的家族中，也存在著很多差異。質量和溫度都有差別。例如，它們的質量可能居於13倍到90倍的木星質量不等。那麼天文學家又是如何對它進行分類的呢？正如恆星根據其光譜類型或輻射的能量進行分類，褐矮星的分類方法也與之類似。（光譜型是恆星的溫度分類系統，依恆星光譜的類型，把恆星分成O、B、A、F、G、K和M等類型。每個光譜可進一步分為數字亞型，範圍從0到9，更高的數字表示更低能的光譜和更紅的顏色。）

M型星是溫度最低的「成功」的恆星（指能夠發生核聚變反應），大部分M型星都是紅矮星（red dwarf，表面溫度低、顏色偏紅的矮星），但有極少量M型星屬於褐矮星。這些褐矮星的光譜型為M6.5或更高。

L型褐矮星，溫度約為1200-2000K，根據其光譜中所見的元素識別，L代表鋰。T型褐矮星比L型褐矮星溫度更低，在其光譜中有甲烷的譜線。

Y型褐矮星是已知褐矮星中溫度最低的那一類，有一些Y型褐矮星的溫度和家用烤箱的溫度差不多，而有一些則和人體的溫度差不多。

由於褐矮星放射出如此之少的光線和能量，想要發現它們並且準確定位實在是一種挑戰。最初，它們只存在於理論中，直到上世紀80年代才被觀測到。隨著天文儀器日益先進，越來越多的褐矮星被發現。

一開始，褐矮星被稱作黑矮星（black dwarf），一類由於沒有足夠的質量而無法發生核聚變的黑色亞恆星天體。但現在，黑矮星這個詞被專門用來表示主序星的恆星演化最後階段——一顆已經完全輻射掉所有熱量的白矮星，在1975年，Jill Tarter（美國天文學家、SETI研究中心前任主任，SETI——搜尋地外文明計劃）建議使用褐矮星（brown dwarf）來特指這種「失敗的恆星」。

儘管褐矮星無法發生核聚變，但它並不屬於氣體行星。為什麼這樣說呢，因為褐矮星與行星之間一個重要的區別就是，褐矮星像所有的恆星一樣會發光，它們最初發出的光線主要集中在紅光波段和紅外光譜波段，直到它們充分冷卻，輻射出X射線以及紅外線。

一些褐矮星由於溫度足夠低，會像氣體行星一樣擁有大氣層。像恆星一樣，有些褐矮星擁有自己的行星。不過，行星也可以擁有自己的衛星。因此，當褐矮星溫度很低時，其實很難將它與行星區分開來。

最終，國際天文聯合會（International Astronomical Union）決定，褐矮星的最低質量是13個木星質量，小於這個質量的就不算作褐矮星的家族成員啦。13個木星質量的劃分僅僅是一種經驗法則，並不具有什麼精確的物理意義。

本次被發現的特別的褐矮星位於雙魚座，距離地球750光年。組成褐矮星SDSS J0104+1535的氣體比太陽所含的要純凈約250倍——它是由99.99%以上的的氫和氦構成。據估計，這顆失敗的恆星早在100億年以前就形成了，其質量大約是90倍的木星質量！

此前，並不知道褐矮星是否可以由如此原始（primordial）的氣體形成，天文學家們也沒有指望能夠發現純度如此之高的褐矮星，SDSS J0104+1535或許意味著未來可以看到更多高純度的褐矮星。

天文學家們使用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡對SDSS J0104+1535進行了觀測，並確定其屬於L型褐矮星。

部分信息編譯自《皇家天文學會月報》。

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