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褐矮星是失败的恒星还是超级行星,给褐矮星称

2019-10-04 15:22

马蒂厄说,最新的研究也许有助于揭开恒星和行星不同的演化方式。行星,比如木星,形成于环绕它们主星的一个气体盘中,因此它们拥有与恒星不同的性质。“一些人将木星视为一颗失败的恒星,但它极有可能拥有一个铁核,而这些褐矮星的中心都是氢,”马蒂厄解释说,“这两种演化方式的比较,使得褐矮星和日外行星联系在一起,形成了一对令人兴奋的组合。”要知道。新的发现不仅会帮助天体物理学家们修正褐矮星的理论模型,它们还会为这种恒星之所以流产的本质和原目提供非常珍贵的线索。

为了回答这个问题,我们必须先定义什么是“恒星”。天文学家认为,恒星是质量大到足以在其核心处将氢元素聚变成氦元素的气态天体。我们的太阳可以做到这一点,因此它是一颗恒星。木星就不行,所以它不是。

褐矮星填补了恒星和小得多的行星之间的“空白”——这是两种截然不同的天体。但是它们是如何产生的还没有得到充分的解释。海德堡大学的天文学家现在可能能够回答这个问题。他们发现恒星ν蛇夫座在银河系中被两个棕矮星,环绕在所有概率随着恒星的气体和尘埃形成磁盘,就像行星一样。

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“我们的目标是寻找食双星,”马蒂厄说,他们的观测计划是搜索这片著名的、被研究得非常透彻的恒星“育婴室”,“我们在寻找会眨眼的恒星,这是食双星系统的标志。”

他们画出了这些天体的属性,确实发现随着表面温度的下降,天体的半径也在缩小,直到出现一个最小值,然后又开始增大。这个最小值必定就位于普通恒星与褐矮星的边界之上。而且,他们发现J0523就位于这个边界上,就在边界的恒星那一侧。

海德堡大学的研究小组注意到,在测量中有一种特定的模式,类似于由轨道行星或双星引起的模式,这通常没什么不同寻常的。但在这种情况下,深入分析的数据显示了一件非同寻常的事:很显然,ν蛇夫座是由两个环绕棕矮星的轨道周期大约530和3185天,这让他们在一个6:1共振配置。所以,最近的棕矮星ν蛇夫座距其恒星的六次,另,更遥远的棕矮星完成只有一个轨道。

这就是广泛的动态分析的可能的配置ν蛇夫座系统建议,研究者报道。奎伦巴赫教授强调说,这个超行星系统是此类系统中的第一个,也是第一个肯定的迹象,表明褐矮星可以在原行星盘中形成。研究人员和他的团队希望有一天能有其他类似的发现,让他们弄清楚到底有多少“失败”的恒星实际上是木星和土星的质量更大的兄弟姐妹。

理论认为,褐矮星开始时更像是普通的恒星,形成于星际尘埃气体云中。然而,驱动了普通恒星的核反应在它们内部无法被点燃,因为这些恒星中心的压强和温度都达不到要求,根本的原因是它们的质量太低。

不过需要提醒的是,这个界限没有那么明确和分明。它也受到其他因素的影响,包括恒星的年龄、恒星中“金属”的含量(天文学家把所有比氢和氦更重的元素都称为“金属”,这可能会让圈外的人感觉有一点困惑,但氢和氦目前仍是宇宙中含量最丰富的元素,而其他所有元素本质上都是一种“污染”),甚至还有恒星自转的速度。

这一发现为研究褐矮星的进化提供了全新的视角。它们是完全像星际云中的普通恒星一样发育,还是也能在母恒星形成初期,在环绕其周围的所谓的由气体和尘埃组成的原行星盘中形成?奎伦巴赫教授解释说:“6:1的共振是后一种情况的强烈迹象。”“只有这样,新形成的褐矮星的轨道才能在数百万年的时间里适应稳定的共振。”

海德堡大学的研究小组注意到,在测量中有一种特定的模式,类似于由轨道行星或双星引起的模式,这通常没什么不同寻常的。但在这种情况下,深入分析的数据显示了一件非同寻常的事:很显然,ν蛇夫座是由两个环绕棕矮星的轨道周期大约530和3185天,这让他们在一个6:1共振配置。所以,最近的棕矮星ν蛇夫座距其恒星的六次,另,更遥远的棕矮星完成只有一个轨道。

这项发现主要是由威斯康星一麦迪逊大学的马蒂厄、范德比尔特大学的凯伊万·斯塔森以及太空望远镜科学研究所的杰夫·瓦伦蒂共同做出的。这个小组利用了一大堆的观测数据,其中最早的一批来自于马蒂厄和斯塔森12年前所做的观测。当时他们使用的是基特峰天文台和美国海军天文台的相对较小的望远镜。

我们认为,这个临界质量大约是太阳质量的0.07–0.077倍。如果质量超过这个范围,你就得到了一颗恒星。不到这个范围,那就成不了恒星。

褐矮星要么围绕一颗恒星运行,要么在浩瀚的银河系中独自运行。它们的质量——至少是木星的13倍——足以通过核聚变在其核心产生能量,至少暂时如此。然而,它们的质量还不够大,不足以点燃内核中的氢,从而产生它们自己的光。它们在形成后继续散发的热量是天文学家确定它们位置的方法。据估计,多达1000亿颗褐矮星在银河系中安家。然而,它们是如何形成的还不清楚——它们是“失败的”恒星,还是超级行星。

褐矮星填补了恒星和小得多的行星之间的“空白”——这是两种截然不同的天体。但是它们是如何产生的还没有得到充分的解释。海德堡大学的天文学家现在可能能够回答这个问题。他们发现恒星ν蛇夫座在银河系中被两个棕矮星,环绕在所有概率随着恒星的气体和尘埃形成磁盘,就像行星一样。

在大多数方面,新的观测数据都与已经建立的褐矮星理论模型相符,但是,令人吃惊的是,两颗褐矮星中质量较小的那颗居然比较重的那颗更热。

 

这就是广泛的动态分析的可能的配置ν蛇夫座系统建议,研究者报道。奎伦巴赫教授强调说,这个超行星系统是此类系统中的第一个,也是第一个肯定的迹象,表明褐矮星可以在原行星盘中形成。研究人员和他的团队希望有一天能有其他类似的发现,让他们弄清楚到底有多少“失败”的恒星实际上是木星和土星的质量更大的兄弟姐妹。

这一发现为研究褐矮星的进化提供了全新的视角。它们是完全像星际云中的普通恒星一样发育,还是也能在母恒星形成初期,在环绕其周围的所谓的由气体和尘埃组成的原行星盘中形成?奎伦巴赫教授解释说:“6:1的共振是后一种情况的强烈迹象。”“只有这样,新形成的褐矮星的轨道才能在数百万年的时间里适应稳定的共振。”

按照斯塔森的说法,这样的测量为“翻译”其他褐矮星的物理性质提供了一块“罗塞塔石碑”,即使它们不处于双星系统之中。天文学家们一直推测着褐矮星的物理性质,但是直到现在,才有人能够完成一整套的直接测量。

关于恒星与褐矮星的对比,有件事情相当好玩。如果你往一颗恒星上增加质量,它会变得更热更大。这是因为,恒星核心处的聚变反应率对质量非常敏感。如果你增加一点质量,聚变反应率就会上升,于是温度也会上升,恒星会就膨胀一点。(毕竟,恒星本质上就是一团气体,加热气体时它就会膨胀。)

海德堡大学天文中心最近的发现可以提供一个答案。教授安德里亚斯Quirrenbach博士和他的团队在Konigstuhl国家天文台ZAH分析恒星的径向速度变化ν蛇夫座。利用美国和日本的望远镜,海德堡大学的天文学家和其他人用了11年的时间测量了这颗恒星的速度。这颗恒星的质量略大于太阳的2.5倍,距离地球约150光年,位于蛇夫座。

褐矮星要么围绕一颗恒星运行,要么在浩瀚的银河系中独自运行。它们的质量——至少是木星的13倍——足以通过核聚变在其核心产生能量,至少暂时如此。然而,它们的质量还不够大,不足以点燃内核中的氢,从而产生它们自己的光。它们在形成后继续散发的热量是天文学家确定它们位置的方法。据估计,多达1000亿颗褐矮星在银河系中安家。然而,它们是如何形成的还不清楚——它们是“失败的”恒星,还是超级行星。

“褐矮星的定义就是它们的质量太低,使得中心温度永远无法高到点燃氢核聚变的程度。”马蒂厄解释说。不过,褐矮星确实会发光,斯塔森说,因为强大的引力会使恒星随着时间而收缩。

实际上,这颗恒星离我们相当近,只有大约40光年,但因为非常暗淡,你必须用大望远镜才能看到它——你用肉眼能够看到的最暗恒星,都要比J0523明亮100万倍!

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褐矮星是失败的恒星还是超级行星?

褐矮星是一种介于最小的恒星和最大的行星之间的“流产”恒星。它总是被天文学家们视为理解恒星和行星形成过程的重要一环。不过,褐矮星的麻烦在于它们很难被找到,而且直到不久以前。几乎所有精确估测它们大小的尝试都是以失败而告终的。

褐矮星就不同。它的核心已经被自身质量压实,却还不足以点燃核聚变。那里的物质处于一种古怪的量子力学状态,称为简并态。它的一个古怪特性就是,如果你往褐矮星上增加质量,它反而会缩得更小。

海德堡大学天文中心最近的发现可以提供一个答案。教授安德里亚斯Quirrenbach博士和他的团队在Konigstuhl国家天文台ZAH分析恒星的径向速度变化ν蛇夫座。利用美国和日本的望远镜,海德堡大学的天文学家和其他人用了11年的时间测量了这颗恒星的速度。这颗恒星的质量略大于太阳的2.5倍,距离地球约150光年,位于蛇夫座。

斯塔森说,另一种解释是,这对褐矮星“不是亲生的双胞胎,而是被分别收养的两兄弟”。换句话说。它们并不像大多数双星系统一样,是在同一片气体和尘埃云中诞生的,而是形成于不同的时间和地点,后来才不知何故,变成了相互旋转的同伴。

图片 3天文学家发现了最小的恒星,个头甚至比木星还要再小一点。图片来源:Steed,夜空中国

“这种掩食现象使得对恒星物理性质的重要测量成为可能。”斯塔森说。他现在是范德比尔特大学的教授。但在收集那些观测数据的时候,他还是马蒂厄的一名研究生。

所以,这些天文学家做了一件非常聪明的事情。他们找到了63颗处在聚变临界质量附近的天体,根据大小和表面温度(温度本身取决于质量,但更容易直接测量)将它们画在一张表上。随着质量越来越小,恒星的温度会越来越低,半径也会越来越小,然而一旦跨过了临界质量,进入褐矮星的国度,温度越低(因而质量越低)的话,半径反而会越来越大。

按照马蒂厄的说法,这个小组发现的褐矮星是年轻的,只有100万年的历史。它们位于距离地球只有1500光年的猎户座大星云之中,这是太空中一片富足的恒星形成区域。

事实上,观测数据跟理论模型相比还是有些差异的,理论模型预言,临界质量对应的表面温度应该更低,接近1400℃才对。现在还不清楚,为什么这里会存在差异。这可能是前面提到的那些因素在起作用,也可能是观测样本存在未知的偏差。(老实说,63个天体在统计学上不算非常多,但这些天体都非常暗淡,很难找到更多不带偏差的样本;不过,这些天文学家正致力于寻找更多天体,以充实他们的样本库。)还有可能,我们对褐矮星核心物理过程的理解有一点偏差。在边界附近,事情总是很难搞。

在接下来的12年间。这个小组累积了另外1600次观测数据,其中大部分来自于基特峰和泛美天文台,但最主要的观测是在智利的双子星南座天文台取得的。

(文/Phil Plait)天文学家或许已经发现了已知最小的恒星。不只是已知的恒星里最小的一颗,就算在所有可能的恒星里,也很有可能是最小的。如果它再小一点的话,可能就不能再成为一颗恒星了。

这项最新研究是重要的,因为这是对这类恒星的半径和质量进行的首次直接测量。这类恒星无法像普通的恒星,例如太阳这样,发生核聚变反应。

无论如何,有件事值得一提:就像之前提到的,一颗恒星的核聚变反应率取决于恒星的质量。质量越小,反应速度就越慢,氢燃料可以维持消耗的时间就越长。因此,J0523可以持续燃烧的时间要比太阳的寿命长久许多。事实上,哪怕再过上万亿年,这颗小小的恒星仍然会快乐地发出暗淡的光芒——那时,我们的太阳已经死去很久很久了。(编辑:Steed)

不过现在,天文学家们已经找到了一对相互绕转的年轻褐矮星。这项发现使得科学家们第一次有可能称出褐矮星的重量。并且测出它们的半径。

但是,这个范围也太宽了一点。如果能把范围再收窄一点,那就好了。于是,为了确定恒星质量的下限到底在哪里,一个研究邻近恒星的天文学家团队决定,寻找逼近这一下限的超低质量恒星,以及那些质量明显低于下限的天体。后者我们称之为褐矮星。

那么,我们是如何确定它(可能)是最小的恒星呢?

双星系统,即两颗相互绕转的恒星,对天文学家们是很有帮助的。特别是当它们的轨道侧向我们,一颗恒星能够遮掩另一颗恒星的时候。

事实证明,要想让这种核聚变反应发生,你必须把氢压缩到极致。行星自身的重力做不到这一点,但是如果你往一颗行星上堆积足够多的物质,随着核心压强和温度的上升,最终你总能点燃那里的氢核聚变。

“当我们观测恒星时,任何恒星质量较大的总是更热,”斯塔森说,“可能的情况是,较小的那颗褐矮星因某些物理过程改变了自身的结构,而这种过程并不包括在任何现有的理论模型之中。也。许是一个强磁场,不过一切都只是推测而已。”

编译自:BadAstronomy.com,The Smallest Star

这两颗褐矮星的大小与天文学家们的预期大致相符。其中较大的一颗约为木星大小的50倍,较小的一颗约是木星大小的30倍。尽管它们体形不小。分别是太阳半径的70%和50%,但这两颗褐矮星的质量却只有我们太阳的5.5%和3.5%。

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图片 4在可见光波段,J0523即使在大望远镜中也暗到几乎会被忽视(白色箭头所指处)。不过在红外波段(插入图),它还是相当显眼的。图片来源: CDA Portal / 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

考虑到所有这些不确定因素,质量比J0523更小的恒星也是有可能找到的。不过在那之前,J0523将是最小恒星的纪录保持者。

这颗恒星被名为2MASS J05233822-1403022,我们可以简称它为J0523[这个复杂的名字表示,它是由2MASS项目(2-Micron All Sky Survey,2微米全天巡视)发现的,后面那串数字则是它在天空中的坐标——没错,天文学家起名字就是这么无趣]。它的亮度仅有太阳的1/8000,表面温度为1800℃(作个比较,太阳的表面温度为5600℃),直径仅有太阳的0.09倍——甚至比木星还要小!

正因为如此,我们才会认为,J0523是最小的恒星。它还是质量最小的恒星,也是温度最低的恒星。如果它的质量再小一点,它就不再是一颗恒星,而是一颗褐矮星了。

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