失败恒星的质量极限

詹姆斯·韦伯太空望远镜近期在距离地球约1,400光年的火焰星云（Flame Nebula）成功侦测到自由漂浮的低质量天体，即棕矮星（brown dwarf），也称为“形成失败的恒星”。研究显示，最低质量极限约两倍木星质量。若结果成立，意味银河系不应有单独形成且质量低于两倍木星质量的天体，除非原为行星，后来抛射出母恒星系统。这项研究对理解恒星与行星的形成机制有重要意义。论文发表在《ApJL》期刊。

恒星与棕矮星皆起源于分子云。当分子云塌缩并碎裂为较小的碎块时，这些碎块可能进一步演化为个别星体。然而，最后只有核心收缩到够致密且温度够高的碎块，才能点燃氢融合反应，成为真正的恒星。无法达到这一门槛的碎块则持续塌缩，形成棕矮星，因此棕矮星被称为“形成失败的恒星”。由于棕矮星缺乏稳定的能量来源，会随时间逐渐冷却并变得极为昏暗，使得观测变得困难。然而，在形成初期，它们仍具有较高的温度与亮度，能通过红外线观测。韦伯望远镜凭借其在红外线卓越的灵敏度，突破过去探测极限，使天文学家得以首次深入统计火焰星云内的棕矮星分布，并侦测到极暗弱、质量最低的天体。

近红外线形象来自韦伯太空望远镜，显示火焰星云的一部分，右侧内框标示出三个极低质量天体，极有可能为棕矮星。这些天体的温度远低于原恒星，需要韦伯望远镜的高灵敏度的红外线观测才能侦测到。（Source：STScI）

理论上，分子云的碎裂过程决定了棕矮星的质量下限，可能介于一至十倍木星质量。最新观测发现，当质量低于十倍木星时，天体数量明显减少，三倍木星质量的天体少于五倍木星，而两倍木星以下的天体则未被侦测到。韦伯的探测极限可达木星质量一半，这发现暗示棕矮星与行星的形成机制或许有更明确的分界，即两倍木星质量。因此，银河系内若存在自由飘浮的一倍木星质量天体，它们极可能原为行星，后来被行星系统抛射出去，而非独立形成。

团队将持续利用韦伯望远镜的光谱仪，对火焰星云内不同天体的性质进行更详细的分析。目前，质量极低的棕矮星与巨行星的质量范围仍有重叠，未来的工作重点在于厘清哪些属于行星，哪些是极低质量的棕矮星，并进一步理解它们的形成机制。

（首图来源：Pixabay）