褐矮星：论怎么样在恒星和行星的分界线上左右横跳

一个叫“意外”（The Accident）棕矮星照亮了行星和恒星之间模糊的边界。

2018 年 11 月 3 日，丹・卡斯尔登（Dan Caselden）熬夜玩反恐精英游戏，创造了天文学的历史。每当他的游戏角色“死亡”时，他都会登录笔记本电脑，查看操作 NASA 自动搜索太空望远镜图像。

突然，一个奇怪的物体出现在清晨的视野中。”这太令人困惑了，”卡斯尔登说，“这颗黑暗的恒星移动得非常快，比我过去发现的任何恒星都快，非常奇怪。”

参与“后院世界：第九行星”的卡斯尔登（Backyard Worlds: Planet 9)项目的天文学家发送电子邮件。在排除了图像伪影的可能性后，天文学家意识到他们正在观察一颗不寻常的星星，即一颗距离地球的星星 50 光年，每秒 200 公里的速度穿过银河系极其暗淡的天体。天体被命名为 WISE 1534-1043，但由于星体独特的天体特征，发现过程纯粹是偶然的，星体很快就获得了“意外”的绰号。

现在，天文学家认为卡斯尔登发现了一颗棕色的矮星，一颗由于缺乏质量而未能成为恒星的恒星。英国莱斯特大学的天文学家莎拉说：“这颗恒星的形成过程与恒星相同・凯斯威尔（Sarah Casewell）“然而，由于质量不足，这颗星从未能将氢聚变成氦来燃烧。”

棕矮星的发现被称为“意外”，揭示了我们对棕矮星缺乏了解。棕矮星的质量范围约为木星的质量 13 倍到 75 倍，甚至更大。然而，棕矮星质量范围两端的具体极值仍然是一个悬而未决的问题。英国爱丁堡大学天文学家贝丝：“人们总是开会争论这个问题。”・比勒（Beth Biller）如是说。科学家们特别纠结于褐矮星的质量下限，并就此争论不休。虽然达到 13 双木星的质量具有发生聚变的条件，而聚变是区分棕矮星和气态巨星的特征，但质量边界可能会发生变化。比勒说：“13 木星质量没有特殊意义，完全是为了方便而设定的。”

棕矮星之间的温差很大。棕矮星表面温度最高的温度约为 2000 摄氏度。比勒说：“略高于蜡烛火焰的温度。”。至于温度最低的棕矮星，其表面温度低于 200 摄氏度。由于缺乏内部热源，棕矮星将在几十亿年内逐渐冷却，直到温度下降到较低。(亚矮星进一步模糊了行星和棕矮星之间的界限，其表面温度甚至可能较低。一个被命名为 WISE 0855-0714 亚矮星的表面温度低于冰点。比勒说：“这是已知太阳系外最冷的天体。”。）

棕矮星在近距离下的外观仍然不清楚。虽然“棕矮星”这个名字是因为这个名字 1975 吉尔，天文学家・塔特尔（Jill Tarter）命名，但天体很可能不是棕色的。它的真实颜色更像橙色或红色。加州理工学院天文学家戴维：“无论如何，棕矮星的名字已经确定，”・柯克帕特里克（Davy Kirkpatrick）表示道。

棕矮星也有大气层，大气层上可能有类似木星的带状和斑点状风暴。去年，比勒和她的同事利用棕矮星大气层上的风暴测量了一个距离地球的距离 34 棕矮星在光年开外的表面风速。首先，团队观察到棕矮星大气层的特征随着棕矮星的旋转而出现和消失。然后，研究人员将这种速度与通过磁场测量获得的棕矮星内部旋转速度进行了比较。通过比较这两个值，研究人员计算出棕矮星表面的风速超过每小时 2300 公里 —— 是木星风速的五倍以上。

因为棕矮星在恒星和行星之间架起了一座桥，它可以帮助我们理解它们之间的关系。最大棕矮星和最小恒星之间的界限有助于我们了解核聚变是如何开始的。瑞士日内瓦大学诺兰・格里夫斯（Nolan Grieves）只有一个天体的核心达到了大约 300 只有在1000摄氏度下，才能引起核聚变，从而引起链式反应，将氢转化为氦。然而，没有人知道核聚变需要多少质量；没有人知道棕矮星是什么时候变成恒星的。比勒说：“我们仍然不确定恒星演变的许多方面，”比勒说，“核聚变的最小质量值是多少，这是一个问题。”

最近，由格里夫斯领导的研究小组在木星上发现了五颗大质量的棕矮星 77 到 98 倍之间。格里夫斯说：“这些棕矮星的质量恰好处于氢聚变开始发生的边界质量值。”。然而，目前还不清楚这五颗棕矮星的质量是在质量界限之上还是之下。格里夫斯说：“我们对这些天体的真实性质一无所知，“因为它们的质量非常接近极值。”

柯克帕特里克说：“一些棕矮星可能与恒星非常相似，甚至有自己的行星。”我们已经知道，在一些棕矮星系统中，似乎有一个原始的行星盘围绕着棕矮星运行，“此外，各种迹象表明，一些棕矮星周围可能有外行星。圣杯般的神圣目标是找到一颗有“外行星凌日”现象的棕矮星。”

柯克帕特里克说：“意外”棕矮星位于棕矮星质量范围的最小值。这是一颗非常小和寒冷的黑暗星体。“棕矮星的质量刚刚达到了我们可以探测到的边界值。”。天文学家渴望找出低质量棕矮星和高质量气态巨星之间的区别。因此，像“意外”这样的小而黑暗的棕矮星已经成为科学家的研究目标。

棕矮星，名为“意外”，似乎也是由一些奇怪的物质组成的。随着宇宙年龄的增长，超新星会喷射大量的重元素，如碳和氧 —— 天文学家称之为“金属元素”。因此，在宇宙历史早期形成的古代天体中，金属含量往往较少。而且新天体的金属含量更高。然而，尽管在太阳系附近发现了棕矮星的“意外” —— 年轻富含金属的恒星主要聚集在那里 —— 但是棕矮星“意外”中的金属含量似乎很小。柯克帕特里克说：“我们认为这很可能是一颗较老的棕矮星，也许是在银河系金属富集之前形成的。凯斯韦尔补充说，这颗棕矮星很可能是银河系中“最早形成的棕矮星之一”，它形成在银晕的外围，然后向内迁移到今天的位置。

就像宇宙中的许多其他现象一样，这一发现表明，这些不可预测和神秘的天体具有各种特征，因此将这些天体分为一个严格定义的类别并不容易。与此同时，卡斯尔登希望在未来为该领域做出更多贡献。也许现在，当他确定了探索目标时，他可以锚定类似的天体进行研究。“我想找到另一颗类似‘意外’的棕矮星，”他说，“我希望这次不是意外。”

作者：Jonathan O'Callaghan

翻译：边颖

审校：K.Collider

原文链接：Neither Star nor Planet: A Strange Brown Dwarf Puzzles Astronomers

本文来自微信公众号：微信公众号（ID：null），作者：J. O'Callaghan

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