不起眼的褐矮星

作者│杜恋

审核│黄坚

编辑│赵经远

宇宙中有一类不起眼的特殊天体，这种天体质量范围在最重的气态巨行星和最轻的恒星之间，约为13至80倍木星质量。由于质量较低，这类天体不足以发生氢氦核聚变（可以发生氘核、氚核聚变和锂核聚变，但不能引发氕氕聚变），因此它们不能算作真正意义上的恒星，这种亚恒星天体称为失败的恒星。1975年美国天文学家吉尔·塔特（Jill Tarter）提出将这类天体称为褐矮星，现已成为这类天体公认的名称。值得注意的是，低于此质量范围且不围绕任何天体运行的天体类型被称为亚褐矮星，有时也称为流浪行星。

褐矮星艺术概念图（图片来源于NASA）

褐矮星的发现过程十分漫长曲折，因为褐矮星亮度低、不易观测的特点，使得它在很长一段时间里只是存在于理论中的天体类型，没有人能回答这种天体是否真的存在。1963年，美国天文学家希夫·库玛尔（Shiv S. Kumar）首次在理论上预测了褐矮星的存在。随后，在漫长的三十多年时间里，许多天文学家进行无数次搜寻，结果一无所获，褐矮星仿佛与天文学家们捉迷藏一般，深深隐藏在宇宙中。转机出现在1995年，这一年在英国剑桥大学召开的冷恒星、恒星系统和太阳研讨会上，一组天文学家宣布，他们发现了褐矮星Gliese 229B，其光谱中含有甲烷和锂，表面温度低于1000 K，质量是木星的20到50倍，这些特征表明它不是一颗恒星，结合Gliese 229B的种种特点，该天体被认为是最早发现的褐矮星之一（另一组天文学家几乎同时发现了另一颗褐矮星Taide 1），相关论文于同年11月底和12月初相继发表在Nature和Science。1995年仿佛是打开褐矮星藏身大门的一年，随后的许多年里，随着巡天设施的进步，世界范围内多台望远镜开始搜寻褐矮星，更多褐矮星陆续被发现，人们逐渐意识到这类天体或许并不稀有。

帕洛玛山天文台和哈勃空间望远镜对GL229B的分别成像（图片来源于NASA）

我们常见恒星的光谱型是O、B、A、F、G、K、M，当发现了温度更低的恒星和褐矮星之后，天文学家将光谱型往低温区进行了扩展，增加了L、T、Y三类光谱型。扩展后的光谱型中，部分晚型M、大部分L、全部T和已发现的全部Y型矮星属于褐矮星。M型褐矮星和L型褐矮星表面温度相对较高，它们的光谱接近M型恒星；T型褐矮星表面温度相对适中，其光谱类似于巨行星；Y型褐矮星表面温度相对最低，是已知最冷光谱型的褐矮星。

恒星、红矮星、褐矮星、行星对比图（图片来源于wikipedia）

褐矮星的发现让人们意识到宇宙的复杂性，对褐矮星的研究有助于了解宇宙演化、恒星形成等等。但是褐矮星的形成机制、内部结构和物理特性等方面仍然充满谜团，还需要科学家们投入更多的精力进行研究。

参考资料

（1）琳达·施韦策著，屈艳译，宇宙百年探险：天文学家如何改变了我们的认知，中国广播影视出版社，2022.5

（2）张长喜，探寻褐矮星，天文爱好者，2021年第7期

（3）Grady Robbins等，CWISE J105512.11+544328.3:A Nearby Y Dwarf Spectroscopically Confirmed with Keck/NIRES,The Astrophysical Journal,2023.11

（4）S. K. Leggett et al.，The First Y Dwarf Data From JWST Show That Dynamic and Diabatic Processes Regulate Cold Brown Dwarf Atmospheres，The Astrophysical Journal,2023.12

（5）What is a brown dwarf?，NASA Star Child，https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question62.html

（6）王有芬,邵正义.褐矮星的观测特征和搜寻[J].天文学进展,2013(1):17-36

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