天文學(xué)家找到最小恒星了嗎

一顆恒星能有多??？美國國家航空航天局的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）將其強(qiáng)大的“眼睛”對(duì)準(zhǔn)銀河系附近的恒星形成區(qū)域，可能會(huì)看到褐矮星的下限。3個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了十幾顆3到5個(gè)木星質(zhì)量的褐矮星，而且沒有更小的了。

其中一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員、美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)天體物理學(xué)家Ray Jayawardhana說：“這是第一次真正找到至少幾個(gè)木星質(zhì)量的天體?！眻F(tuán)隊(duì)觀測的與恒星形成理論所預(yù)測的質(zhì)量下限相符，這增加了天文學(xué)家的信心——他們可能最終看到了自然界創(chuàng)造的最小褐矮星。

在JWST拍攝的照片中，位于獵戶座星云核心的四邊形星團(tuán)照亮了氣體和塵埃。圖片來源：ASA、ESA等

來自第四個(gè)團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)有爭議、未發(fā)表的研究聲稱，他們發(fā)現(xiàn)了幾乎和木星質(zhì)量一樣小的成對(duì)褐矮星，這一意想不到的發(fā)現(xiàn)將顛覆恒星形成理論模型。

英國圣安德魯斯大學(xué)的Alexander Scholz說：“如果雙星中的一個(gè)被證明是真正的木星質(zhì)量，那就太棒了?！钡咸蜒览锼贡咎祗w物理和空間科學(xué)研究所的Koraljka Mu?ic認(rèn)為這不太可能，“我對(duì)這一發(fā)現(xiàn)持懷疑態(tài)度”。

許多天文學(xué)家根據(jù)燃燒的物質(zhì)定義褐矮星。70個(gè)木星質(zhì)量以上的天體，其引力強(qiáng)到足以使氫原子發(fā)生聚變，被歸類為傳統(tǒng)恒星。13個(gè)木星質(zhì)量以上的褐矮星只能發(fā)生氘聚變，持續(xù)幾百萬年。

理論通常認(rèn)為最小褐矮星為7個(gè)木星質(zhì)量，也就是太陽質(zhì)量的0.007倍。德國馬克斯·普朗克天文研究所的Mark McCaughrean說：“由于眾所周知的原因，這在歷史上被稱為詹姆斯·邦德質(zhì)量?！?/p>

在2021年JWST發(fā)射前，望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)探測到小至5個(gè)木星質(zhì)量的褐矮星，這些觀測結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了儀器能力的極限。天文學(xué)家可能錯(cuò)過了隱藏在恒星“托兒所”的較小天體。

JWST憑借其敏銳的視覺和紅外探測器，原則上可以看到小得多的天體發(fā)出的微弱光芒。因此這3個(gè)團(tuán)隊(duì)用它掃描附近的恒星形成區(qū)域，并根據(jù)它們的顏色推斷所發(fā)現(xiàn)的天體的質(zhì)量。

去年底，第一個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，在距離地球約1000光年的英仙座IC 348星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了幾顆褐矮星，質(zhì)量從3到8個(gè)木星不等。今年9月，Jayawardhana所在的團(tuán)隊(duì)表示，在英仙座NGC 1333星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了6個(gè)小質(zhì)量天體，最小的是5個(gè)木星質(zhì)量。同月發(fā)布在預(yù)印本平臺(tái)arXiv上的第三篇論文報(bào)告說，大約1350光年遠(yuǎn)的獵戶座火焰星云中有幾顆褐矮星，只有3個(gè)木星質(zhì)量。

JWST未能發(fā)現(xiàn)更小的天體，但并非所有人都認(rèn)為“此案已結(jié)”。McCaughrean和歐洲空間局的Samuel Pearson在2023年10月發(fā)布于arXiv的研究中聲稱，他們發(fā)現(xiàn)了一群本不應(yīng)該存在的令人困惑的褐矮星。

在大約1400光年遠(yuǎn)、位于獵戶座星云核心的四邊形星團(tuán)中，McCaughrean和Pearson注意到42顆褐矮星成對(duì)地繞軌道運(yùn)行，其中一些質(zhì)量幾乎和木星一樣小。他們將這些天體命名為木星質(zhì)量雙星，簡稱JuMBOs。

JuMBOs似乎既違背了恒星形成理論，也違背了傳統(tǒng)的理解，即較小質(zhì)量的恒星對(duì)越來越少。一種可能性是，它們根本不是褐矮星，而是圍繞其他恒星形成的行星，后來因與不同天體的引力作用被拋出；另一種可能性是，它們?cè)?jīng)更大，但因四邊形星團(tuán)中大量巨大恒星的輻射爆炸而縮小。

McCaughrean和Pearson已經(jīng)拍攝了這個(gè)星團(tuán)的光譜圖像，并希望在接下來的幾個(gè)月里發(fā)表新結(jié)果。McCaughrean還希望進(jìn)一步提高望遠(yuǎn)鏡的靈敏度，并申請(qǐng)機(jī)時(shí)尋找土星質(zhì)量大小的褐矮星。“永遠(yuǎn)不要說永遠(yuǎn)，對(duì)吧？”他說，“我是一個(gè)觀察者，要去看看那里有什么?！?/p>