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天文學家找到了最小的恆星

科學家藉助JWST望遠鏡,發現數顆質量僅為木星3-8倍的棕矮星,挑戰恆星形成下限。

一顆恆星能有多小?NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)在銀河系中的恆星形成區域觀察到一批質量低於恆星「點燃」氫融合所需質量的小天體。三支研究團隊確認了約12顆棕矮星,質量在3至8倍木星質量之間,但沒有更小的發現。

「這是首次我們能夠尋找質量至少達到幾倍木星的天體,」來自約翰霍普金斯大學的天體物理學家Ray Jayawardhana說。他們的發現符合恆星形成的最低質量預測,增強了天文學家對這些棕矮星極限值的信心。

不過,第四個團隊的未發表研究提出了不同的結果,他們稱發現了接近木星質量的棕矮星雙星。如果屬實,將顛覆現有的恆星形成模型。英國聖安德魯斯大學的Alexander Scholz稱,如果真的存在一對木星質量的雙星,那將是個「偉大的發現」。但葡萄牙里斯本天體物理與太空科學研究所的Koraljka Mužic對這一發現表示懷疑。

許多天文學家基於燃燒的物質來定義棕矮星。質量高於約70倍木星的天體可以進行氫融合,屬於傳統恆星。而13倍木星質量以上的棕矮星只能燃燒氫同位素氘,核燃燒過程較弱,僅持續幾百萬年。

區分小棕矮星和行星還需要觀察它們的形成方式。儘管一些行星也可能達到10倍木星質量,它們總是圍繞恆星形成,依賴恆星周圍的氣體和塵埃盤。相比之下,包括棕矮星在內的恆星則是由巨大的氣體雲在重力作用下獨立形成的。在重力影響下,氣雲收縮並分裂成不同大小的塊狀物,進一步坍縮直到形成恆星。然而,氣體密度增加會導致加熱,產生的壓力可能阻止進一步收縮與分裂。理論上最小棕矮星的質量約為7倍木星質量,或0.007倍太陽質量。

在JWST2021年發射前,望遠鏡最多觀測到質量為5倍木星的棕矮星。但JWST的高靈敏度和紅外探測器,使科學家能夠在星雲中看到更小的天體。於是,這三支團隊用它掃描附近的恆星形成區,試圖通過顏色推測所發現天體的質量。

去年末的一項研究報告稱,第一支團隊在約1000光年外的IC348星團中發現了數顆質量介於3到8倍木星的棕矮星。今年9月,Jayawardhana所在團隊報告在NGC1333星雲中發現了6個低質量天體,其中最小的質量約為5倍木星。同月第三項預印本研究指出,在距離約1350光年的火焰星雲中,探測到質量小至3倍木星的棕矮星。然而,JWST應當能夠看到更小的天體,但並未發現。

並非所有人認為已有定論。國際雙子座天文台的Elena Sabbi稱,「我認為現在下結論還為時過早。」一些研究的恆星誕生區域或許並不具有銀河系代表性。而最大的挑戰來自Max Planck天文研究所的Mark McCaughrean和他的同事Samuel Pearson。他們在預印本arXiv上發布的研究指出,在獵戶座星雲中心的梯形星團中發現了42個成對繞行的棕矮星,其中一些質量幾乎與木星相當。這些天體被稱為「木星質量雙星物體」(JuMBO)。在一處,他們還發現了5個這樣的天體排成一行,McCaughrean將該區域稱為「JuMBO巷」。

JuMBO的發現似乎挑戰了恆星形成理論。通常質量較低的雙星系統較為稀有。一個可能性是,這些雙星並非棕矮星,而是由於重力作用被其他天體甩出、並奇蹟般保持結合的行星,但這種概率極低。另一種可能性是這些JuMBO原本更大,但在梯形星團中受到巨星輻射的削弱。

McCaughrean和Pearson推測這些天體可能含有甲烷和水,與年輕棕矮星的特徵吻合。他們是通過顏色推測出這些氣體的存在,而不是詳細的光譜分析。賓夕法尼亞州立大學的Kevin Luhman則認為,它們的顏色更接近於被獵戶座塵埃遮蔽的星體或星系的特徵。他認為JuMBO是位於星團背景的遙遠天體。對此,McCaughrean反駁稱,隨機背景物體模擬棕矮星雙星的概率極小,尤其是JuMBO巷的情況。

McCaughrean和Pearson目前正採集星團的光譜圖,預計幾個月後發布新結果。McCaughrean相信這將驗證他們的發現。

他還計劃將望遠鏡的靈敏度推向極限,申請觀測時間以尋找土星大小的棕矮星。「永遠別說不可能,」他表示,「我是觀察者,就讓我們去看看有什麼發現吧。」

責任編輯: 王和  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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