恆星家族中發現孤獨的行星質量級天體

06-10

在這幅插圖中，一個年輕孤獨的世界自由漂浮於太空中。它被稱為WISEA J114724.10?204021.3，被認為是一顆意料之外的輕量褐矮星，它缺乏足夠的質量來燃燒核燃料，因此不能發出恆星那樣的光。天文學家們利用NASA廣域紅外探測器（WISE）和兩微米巡天觀測儀（2MASS sky surveys）的數據，在TW 長蛇座TW Hydrae），一個具有1000萬年曆史的星群中發現了這顆星。照片來源：NASA/JPL-加州理工

NASA廣域紅外線巡天探測衛星（WISE）拍攝的星空圖，展示了TW長蛇的位置，它們距離地球約175光年，在長蛇星座的中央。這些恆星約在1000萬年前形成聚集。近期，從WISE及其前代設備——兩微米巡天觀測儀（2MASS）收集的數據中發現了這個超低質量自由漂浮在長蛇星群中的天體——一顆被稱之為WISEA J114724.10?204021.3的類褐矮星。照片來源：NASA/JPL-加州理工

2011年，天文學家們宣稱，我們的星系中很有可能充滿了自由漂浮的行星。事實上，這些孤獨的世界靜靜地徜徉於宇宙的黑暗中，沒有任何伴星甚至是主恆星，它們的數量可能超越了銀河系的恆星數量。這個令人稱奇的發現帶來一個問題：這些天體源於何處？它們是從太陽系掙脫而出的行星？又或是如同其他恆星一般，在宇宙中獨立形成被稱之為褐矮星的輕量級恆星？

一項新的研究使用WISE和2MASS所採集的觀測數據，向世人提供了關於這類天體在星系佔比之謎的新線索。科學家在TW長蛇星座的恆星群中，認出了這個自由漂浮且具有行星質量的天體。最新發現的這顆天體被命名為WISEA J114724.10?204021.3，或者簡稱WISEA 1147，它的質量大約是木星的5-10倍。

WISEA 1147是為數不多的自由漂浮天體之一，天文學家開始指出這個天體很可能是源於褐矮星而並非行星。由於該天體位於長蛇TW星群非常年輕的恆星之間，天文學家們知曉它也非常年輕，僅有1000萬年曆史。由於行星至少需要1000萬年才能形成，很可能還需要更長的時間從恆星系統中脫離出來，因此WISEA 1147很可能是一顆褐矮星。褐矮星的形成類似於恆星，但未達到在內核聚變原子乃至閃耀星光的質量水平。

「隨著持續的監控，我們很可能會追蹤到WISEA 1147的歷史，證實它是否獨立形成，」俄亥俄州托萊多大學Adam Schneider說道，他是這項發表在《天體物理學期刊》（The Astrophysical Journal）上最新研究報告的第一作者。

人們認為數以億計的自由漂浮天體填充著銀河系，其中一些可能是超輕質量的褐矮星，其它一些則可能是真正意義上的行星，它們從早期的太陽系中掙脫而出。而目前，這些漂浮星球的比例仍無法確定。尋覓這些自由漂浮「世界」的起源，以及確定它們是行星還是褐矮星，是一項非常艱巨的任務，很大程度上因為它們都如此孤立。

「我們正開始一項將來會非常熱門的研究領域，嘗試確定這些自由漂浮天體的本質，以及其中行星褐矮星的比例。」研究報告合著作者、NASA紅外處理和分析中心（ Infrared Processing and Analysis Center）、帕薩迪納加州理工學院IPAC的Davy Kirkpatrick說道。

天文學家們過篩選2010年廣域紅外相機（WISE）和10年前的兩微米巡天觀測儀(2MASS)所拍攝的全天圖像，發現了WISEA 1147。他們曾一直在尋找附近的年輕褐矮星。一種分辨附近是否有天體的方法是查驗目標物相對其他恆星是否隨著時間出現顯著位移。某一物體離我們越近，相對於星空背景中的其他恆星就越遠。通過分析兩台巡天儀所拍攝相隔10年的照片，這些靠近的天體便脫穎而出。

WISE和2MASS非常適合尋找輕質量天體以及褐矮星，二者均偵測紅外光。褐矮星不夠明亮因此可見光成像望遠鏡難以觀測，但在紅外線圖像中他們的熱信號就會「明亮」起來。

在2MASS所拍攝的圖像中，WISEA 1147顯得極其「紅」（紅色意味著紅外波較長），意味著她是如此年輕且塵埃繚繞。

「它的這些特徵彷彿在向世人大聲宣告，『我就是一顆年輕的褐矮星，』」 Schneider說。

經過更多分析，天文學家們意識到這個天體屬於距離地球150光年外僅有1000萬年曆史的TW長蛇星座。這使得質量介於五倍到十倍木星之間的WISEA 1147質量是成為了有史以來發現的最年輕且質量最輕的褐矮星之一。

有趣的是，由加拿大安大略西部大學Kendra Kellogg帶領的一個獨立小組幾天後宣布發現TW長蛇星座第二顆類似輕質量天體（2MASS 1119-11）。

天文學家想研究這些孤獨世界的另外一個理由是，它們和行星相似但卻更容易研究。那些所謂系外行星圍繞其他恆星進行旋轉，由於其毗鄰眾多絢爛的恆星而難以觀測。研究類似WISEA 1147這種沒有主恆星的行星，天文學家可以獲知更多關於他們的組成成分和氣候特點。

「我們可以通過研究年輕、閃耀的輕質量褐矮星而更好地了解系外行星，」 Schneider說。「現在，我們已經取得了系外行星的政權。」

這項研究的其他作者包括：托萊多大學的James Windsor和Michael Cushing；WISE任務首席研究員、加州大學洛杉磯分校的Ned Wright。

NASA噴氣動力實驗室（JPL）位於加利佛尼亞州帕薩迪納市，為華盛頓NASA科學任務理事會管理、操作著WISE。當掃描整個星空兩次後，完成主要任務的太空探測器於2011年進入休眠模式。2013年9月，WISE被重新激活後命名為NEOWISE並開始一項新任務：協助NASA偵測確定存在威脅的近地天體。

帕薩迪納加州理工學院、馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學以及JPL共同協作開展2MASS任務。WISE、 NEOWISE以及2MASS收集的數據存檔於紅外處理和分析中心（IPAC）。(校對：Sherry)