“失败的恒星”:目前为止质量最大的褐矮星被发现

文：郑娟娟

一个国际天文学家团队发现了一颗破纪录的褐矮星——在已知的褐矮星中具有“最纯粹”的成分和最大的质量。这颗褐矮星叫做SDSS J0104+1535，位于银河系的最外层——银河系晕之中。《皇家天文学会月报》发表了这一新发现。

图片：对SDSS J0104+1535的计算机模拟图 来自：sciencedaily.com

有时，坍塌的尘埃气体云并不能成功“孕育”出恒星，它们会形成一种名叫褐矮星的天体，拥有很多与主序星相同的元素，但由于缺乏足够的质量，无法在其核心启动核聚变，因而常常被称为“失败的恒星”（failed stars）。

褐矮星就像气体巨行星（例如木星）和小型恒星（例如红矮星）中间缺失的环节。它的质量小于最轻的恒星，与恒星相比，显得非常黯淡和“凉爽”，不向外辐射可见光，因而寻找它们的方式是使用红外望远镜。很多褐矮星被发现镶嵌在尘埃气体云中。由于红外线可以穿透宇宙空间厚厚的尘埃，所以，即使褐矮星被大量的尘埃气体云裹挟着，红外望远镜依然可以发现它们的身影。

图片：艺术对比图，从上至下分别是太阳、低质量恒星、褐矮星、木星、地球

在褐矮星的家族中，也存在着很多差异。质量和温度都有差别。例如，它们的质量可能居于13倍到90倍的木星质量不等。那么天文学家又是如何对它进行分类的呢？正如恒星根据其光谱类型或辐射的能量进行分类，褐矮星的分类方法也与之类似。（光谱型是恒星的温度分类系统，依恒星光谱的类型，把恒星分成O、B、A、F、G、K和M等类型。每个光谱可进一步分为数字亚型，范围从0到9，更高的数字表示更低能的光谱和更红的颜色。）

M型星是温度最低的“成功”的恒星（指能够发生核聚变反应），大部分M型星都是红矮星（red dwarf，表面温度低、颜色偏红的矮星），但有极少量M型星属于褐矮星。这些褐矮星的光谱型为M6.5或更高。

L型褐矮星，温度约为1200-2000K，根据其光谱中所见的元素识别，L代表锂。T型褐矮星比L型褐矮星温度更低，在其光谱中有甲烷的谱线。

Y型褐矮星是已知褐矮星中温度最低的那一类，有一些Y型褐矮星的温度和家用烤箱的温度差不多，而有一些则和人体的温度差不多。

图片：三种类型褐矮星的艺术绘图

由于褐矮星放射出如此之少的光线和能量，想要发现它们并且准确定位实在是一种挑战。最初，它们只存在于理论中，直到上世纪80年代才被观测到。随着天文仪器日益先进，越来越多的褐矮星被发现。

一开始，褐矮星被称作黑矮星（black dwarf），一类由于没有足够的质量而无法发生核聚变的黑色亚恒星天体。但现在，黑矮星这个词被专门用来表示主序星的恒星演化最后阶段——一颗已经完全辐射掉所有热量的白矮星，在1975年，Jill Tarter（美国天文学家、SETI研究中心前任主任，SETI——搜寻地外文明计划）建议使用褐矮星（brown dwarf）来特指这种“失败的恒星”。

尽管褐矮星无法发生核聚变，但它并不属于气体行星。为什么这样说呢，因为褐矮星与行星之间一个重要的区别就是，褐矮星像所有的恒星一样会发光，它们最初发出的光线主要集中在红光波段和红外光谱波段，直到它们充分冷却，辐射出X射线以及红外线。

一些褐矮星由于温度足够低，会像气体行星一样拥有大气层。像恒星一样，有些褐矮星拥有自己的行星。不过，行星也可以拥有自己的卫星。因此，当褐矮星温度很低时，其实很难将它与行星区分开来。

最终，国际天文联合会（International Astronomical Union）决定，褐矮星的最低质量是13个木星质量，小于这个质量的就不算作褐矮星的家族成员啦。13个木星质量的划分仅仅是一种经验法则，并不具有什么精确的物理意义。

本次被发现的特别的褐矮星位于双鱼座之中，距离地球750光年。组成褐矮星SDSS J0104+1535的气体比太阳所含的要纯净约250倍——它是由99.99%以上的的氢和氦构成。据估计，这颗失败的恒星早在100亿年以前就形成了，其质量大约是90倍的木星质量！

此前，并不知道褐矮星是否可以由如此原始（primordial）的气体形成，天文学家们也没有指望能够发现纯度如此之高的褐矮星，SDSS J0104+1535或许意味着未来可以看到更多高纯度的褐矮星。

天文学家们使用欧洲南方天文台的甚大望远镜对SDSS J0104+1535进行了观测，并确定其属于L型褐矮星。

部分信息编译自《皇家天文学会月报》。

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