如果哪天突然多出數十億新鄰居，請勿大驚小怪！

這是一篇歐南台的採訪錄。天文學家Koraljka Muzic（考拉爾加·穆茲奇）向我們分享了她天文研究的故事，通過閱讀，你將會了解：

褐矮星屬於恆星還是行星？答案：都不是！它們比木星質量更大，但是又比太陽小。由於它們很黯淡，觀測這種迷人的天體會變得很困難，但研究它們能向我們揭示更多和宇宙相關的的奧秘。

經過可視化處理的褐矮星圖像

問：首先，褐矮星具體是什麼？為什麼你想去研究它？

答：很久以前，人們就已經知道了兩類有明確界限的天體——恆星和行星。然而，界限真的是如此分明嗎？介於它們兩者之間，似乎有一個缺失的環節，這就是褐矮星——質量介於恆星與行星之間。當質量達到0.075倍太陽質量（大約是木星質量的80倍）時，一個褐矮星就能轉化為恆星（有核聚變，會發光——譯者注）。但是，為褐矮星與行星劃界卻不那麼簡單。迄今為止發現的最小的褐矮星質量約為木星的五倍，這與那些巨大的系外行星極為相似。但這些褐矮星都不圍繞任何恆星運行，所以我們又把它們叫做「自由漂流的行星質量天體」（free-floating planetary-mass objects）。

對於我們來說，最大的問題是：褐矮星的形成是類似於恆星還是行星？現在，許多證據指向了「大質量褐矮星的形成類似於恆星」這種假設。但是，我們仍然想問的是，小質量褐矮星是如何形成的，以及它們是否能以相似的方式形成巨行星。

這是藝術家關於褐矮星、恆星與巨型氣體行星之間的相對大小比較的想像圖。以木星作為衡量標準，褐矮星質量是木星的十倍，小質量恆星的質量是木星的100倍，太陽質量大約是木星的1000倍。（來源: Carnegie Institution forScience）

問：距離褐矮星被證實存在僅僅過去了20年，自那之後我們已經對它有了多少了解？

答：相當多！褐矮星的理論起於60年代，90年代便被首次觀測到。從那以後，我們已經發現了數千個褐矮星，它們的有效溫度在不斷下降。這催生了新的恆星類型的定義。

觀測褐矮星非常具有挑戰性，因為它們實在太昏暗、太冷了。這意味著我們必須要不斷提高儀器設備的靈敏度。我們的進步與技術的發展是分不開的。首先，紅外觀測儀器的出現使我們能夠研究這些被塵埃包圍著的又冷又年輕的天體。時至今日，技術的進步主要圍繞在建更大的地面望遠鏡和空間望遠鏡上，他們能夠探測到更暗弱、更小質量及更遠的天體。銀河系中包含了數以億計的褐矮星，我們要走的路還很長！

問：我們當今對褐矮星的形成有著什麼樣的理解？

答：我們認為大質量褐矮星的形成與恆星形成相似，都是通過分子雲的引力坍縮。坍縮使得星雲核心的溫度急劇上升，當溫度達到數百萬攝氏度時，氫開始聚變成氦，一顆恆星就此誕生。但是，如果這個天體的質量不夠大的話，坍縮將會在核心達到氫的聚變溫度前停止，其結果就是形成了一個褐矮星。

我們研究的關鍵點在於，在引力坍縮停止後，褐矮星的溫度會不斷降低，同時發出的光線也會越來越微弱，因此我們想在他們尚且年幼並相對明亮的時候研究他們。這是我們要在恆星形成區域尋找褐矮星的原因之一。現在我們的目標便是：年輕的RCW38星團。

RCW38星團距離我們5500光年，位於船帆座。圖中被框出來的並引向側邊的區域指示了這個星團里被探測到的褐矮星的候選者。（來源: ESO/Koraljka Muzic(University of Lisbon), Aleks Scholz (University of St Andrews), RainerSchoedel (Instituto de Astrofísica de Andalucía), Vincent Geers (UKATC), RayJayawardhana (York University), Joana Ascenso (University of Porto &University of Lisbon) & Lucas Cieza (University Diego Portales)）

問：選擇觀測RCW38還有其它的原因嗎？

答：一些褐矮星的形成理論預言，褐矮星更可能形成於大量恆星相聚的地方。褐矮星的形成也與大質量恆星有些類似。褐矮星也可以在靠近巨大的恆星的地方形成，這些巨大恆星通過電離輻射轟擊正在生長的星前核，將它們的外層蒸發殆盡，只留下一小塊殘渣：褐矮星。所以在我們的SONYC（Substellar Objects in Nearby Young Clusters）臨近年輕星系團亞恆星天體）巡天項目中就是在近紅外波段廣泛研究幾個臨近的恆星形成區域。這些小點都是可供我們研究褐矮星的好地方，但總體來說它們的密度不是很大，且極少包含大質量的恆星。

我們想要觀測一個與恆星形成區域有著顯著不同的星團，這樣可以將不同的環境進行比較。為此，我們選擇了RCW38——在蘊含我們當前技術手段所能探測到褐矮星的星團中，它的質量和密度是最大的。我們使用了歐南台的「甚大望遠鏡」（VLT）的NACO系統對RCW38進行研究。

問：你們發現了什麼？結果是否令人意外？

答：我們發現，RCW38里大約每兩個新生的恆星就對應形成一個褐矮星。這與我們在較低密度的星團中發現的情況類似。以NGC1333為例，它的密度只有RCW38的十分之一，但是他形成的褐矮星的數量與恆星數量之比和RCW38是一樣的。於是，這讓我們估計出光是銀河系就大約包含250億至1000億顆褐矮星！RCW38里可能就包含了許多我們看不到的、質量更小、亮度更暗的褐矮星。

這個結果出人意料，因為這和理論預言不相符。這非常令人驚奇，因為先前的觀測暗示恆星密度應當會對褐矮星與恆星的數量之比有影響。但實際上，情況並非如此！

NGC 1333反射星雲，位於英仙座。（來源: X-ray:NASA/CXC/SAO/S.Wolk et al; Optical: DSS & NOAO/AURA/NSF; Infrared:NASA/JPL-Caltech）

問：在你的研究領域，最令你激動的是什麼？

答：在研究褐矮星的過程中，我們經常需要思考下一步該怎麼做，才能讓我們獲得更多關於褐矮星特性的信息，或是關於它們如何形成的細節。所以當有新的機會去做我們從未做過的事，比如使用了一個新的儀器或者一個最新技術的時候，我會非常激動。近期，關於讓詹姆斯·韋伯望遠鏡（JWST）儘早升空以用於科學研究的呼聲高漲。想像一下，只要幾年以後，我們就能用上這超贊的設備來觀測年輕星團中的「類木漂流天體」，沒有什麼能比這更令人興奮了！

問：在天文學領域中，下一個重點問題會是什麼？

答：其中一個我非常感興趣的問題是：褐矮星的質量到底可以有多小，是否存在一個形成褐矮星的質量下限？這將回答我們這類天體是如何形成的。我們在年幼的星團中觀測到的最小質量的褐矮星僅有木星質量的五倍大。要看到更小的褐矮星，我們只能等待下一代望遠鏡的服役，比如詹姆斯·韋伯空間望遠鏡和歐南台的極大望遠鏡（ELT）。另一個問題是，褐矮星能否擁有行星系統？在中紅外及亞毫米的更長波段的觀測結果揭示，他們周圍是環繞著盤狀結構的。觀測到的最小的擁有盤狀結構的天體是OTS44，這是一個年幼的僅有10-15倍木星質量的褐矮星。還有一個有趣的事實：甚大望遠鏡（VLT）在2004年拍攝了第一張系外行星的照片，那正是一顆環繞著褐矮星運行的行星！

問：為了研究RCW38，你們使用了歐南台帕拉納觀測站的甚大望遠鏡。在帕拉納工作是怎樣的體驗？

答：我作為歐南台的研究員在帕拉納工作了三年。總體上天文台是一個絕妙的地方，雖然有時候會有些疲倦，但我依舊熱愛這份工作，你也看到了在天文觀測的背後有多少錯綜複雜的事情。建造並運行一個天文台是一份龐大的工作，這需要大量的有著不同技能和專業方向的人都參與其中。如同一個巨大的機械鐘錶，所有的零件都必須完美地工作，以儘可能保證世界各處的天文學家能獲得最佳的數據。

歐南台在智利帕拉納觀測站的甚大望遠鏡（VeryLarge Telescope）。（來源: Dave Jones/ESO）

在這一點，我要讚揚我的同事們，他們與我合著了這篇研究論文。沒有整個團隊的努力，這份工作絕不可能完成。謝謝你們！