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宇宙中有一群'失败'的恒星,质量不够,没点着火,数量比太阳多?

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任何质量超过木星约十三倍的天体,都能做到这一点。

正因如此,褐矮星常被人们称为"失败的恒星"或"超级木星"。

这种基于氘燃烧的定义存在一个重大问题:它在科学上并不十分合理。



质量不够,压力和温度就不够,核心那把火就永远点不起来。

与氢聚变截然不同,氢聚变意义重大,因为它能让恒星明亮地闪耀数百万甚至数十亿年,而氘燃烧对天体的能量输出或整体演化并没有特别显著的影响。



这大概也是为什么,普通人几乎很少听说过"氘燃烧"这个词。

如果观察密度与质量的关系图,就能看到氢燃烧是一条明显的分界线,清晰地将恒星与非氢燃烧天体区分开来;另一条分界线则位于气态巨行星与岩质行星之间。

氘燃烧在图上却看不出任何显著的分界作用。因此,从表面上看,那些略小于恒星、被称为褐矮星的天体,与气态巨行星之间似乎并没有真正的区别,它们本质上可能属于同一类天体。



不过,氘燃烧不是一个理想的分界标准,并不意味着没有其他可选的标准。

褐矮星,无论其质量位于氘燃烧界限之上还是之下,以及恒星,其分布位置和运动方式都相似,通常处于松散的星团中,与其他类似天体以大致相同的相对速度共同运动。而行星则以轨道形式围绕恒星或褐矮星运行,与其最近的宿主天体距离要近得多。

换句话说,褐矮星更像是恒星的"同伴",而不是谁的"从属"。



褐矮星与恒星呈现出相同的质量分布,这表明它们的形成机制相同——都是由气体和尘埃云的引力坍缩形成。行星则呈现出不同的质量分布,表明它们通过另一种方式形成:在恒星或褐矮星形成之后,从残留在其周围的原行星盘中的气体和尘埃逐渐吸积而来。

也就是说,一个是"塌"出来的,一个是"攒"出来的。

恒星形成后残留下来的气体与尘埃含有较高浓度的金属元素,因此气态巨行星的大气中金属含量偏高。而褐矮星的金属含量则与恒星大致相当,这与它们"从头就是按恒星路径出生"的身份是吻合的。



恒星周围的原行星盘通常不会延伸到超过地日距离数百倍的范围,因此行星大致也就分布在这个范围以内。

褐矮星往往以远得多的距离环绕恒星或其他褐矮星运行,甚至完全独立漂浮在星际空间中,不属于任何恒星系统。

原行星盘的质量几乎从不超过其母恒星质量的百分之十,因此行星与恒星的质量比几乎总是小于一比十。而褐矮星与恒星则常成对存在,其质量比往往接近一比一。



这种"势均力敌"的搭档关系,在真正的行星身上是几乎看不到的。综上所述,大量证据指向存在两类彼此独立的天体族群:一类由引力坍缩的气体云直接形成,另一类则由残留物质吸积而成。

而一个不太凑巧的现象是,这两类族群的重叠范围,恰好接近氘燃烧所需的质量门槛。也正因为这个"巧合",人们才会误以为氘燃烧是划分两者的关键指标。

如果没有其他更合适的判据可用来区分褐矮星与行星,把氘燃烧作为经验法则或许还算合理。当然,也有一些研究者持另一种观点,认为褐矮星与巨行星之间并不存在真正清晰的界限,它们本就分布在同一个连续的谱系上。

但无论如何,氘燃烧多少都属于一个混淆视线的干扰因素。



在那些认为证据表明褐矮星不同于巨行星的研究者看来,真正区分两者的是它们的形成过程、由此决定的行为特征,以及它们的物质组成。

他们的主张是这样的:无论行星多么庞大,它们本质上都是恒星形成过程的残余物;而无论褐矮星多么微小,它们都是失败的恒星——它们最初以恒星的方式起步,从尘埃云中通过引力坍缩形成,但未能积聚到足以点燃氢聚变的质量。

至于失败得有多彻底,最终并不重要,即使它们连氘也无法燃烧也无关紧要。真正重要的是,它们曾"立志"成为恒星,却未能如愿。

这个观点听上去有点像是在讲一个天体的"命运":出生时的初始质量,几乎在瞬间就决定了它一生的走向。质量够,就能点燃核心,成为闪耀数十亿年的恒星;质量差一点,就只能带着未点燃的燃料在黑暗中缓慢冷却。宇宙给它们的机会只有一次,之后不会再补。



詹姆斯·韦布空间望远镜项目对相关研究提供了重要支持,这台望远镜可以说是研究褐矮星的完美设备。它在红外波段观测能力最强,而褐矮星恰好主要发出红外光。

恒星温度极高,而质量最小的褐矮星温度大致与人体相当,因此它们发出的红外光正好落在韦布望远镜最擅长观测的波段范围内。这也意味着,假如人类置身于太空之中,即便周围没有恒星的照射,人体也会像信标一样在韦布望远镜的视野中发出明亮的红外辉光。

凭借这一独特能力,韦布望远镜将能够发现并研究温度接近人体的褐矮星,并将它们与超级木星进行对比,从而有望为长期以来关于褐矮星归属的争论带来更为清晰的答案。



一颗天体是不是恒星,也许不该由它最终发出多少光来判定,而应该看它诞生时是从哪条通道走过来的。是气体云自己坍缩塌陷出来的,还是围着别人转、靠边角料一点点堆起来的,这才是本质区别。

褐矮星就这样卡在恒星与行星之间的模糊地带,既没能成为闪耀的太阳,也不甘心被归入行星的行列。

它们在银河系里的数量甚至可能比真正的恒星还要多,只是因为太暗淡,长期躲在人类的视线之外。随着红外观测手段的进一步完善,这群沉默的"落榜生",终将被一颗颗从黑暗中辨认出来。

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