天文
天文学家找到了最小的恒星
科学家借助JWST望远镜，发现数颗质量仅为木星3-8倍的棕矮星，挑战恒星形成下限。
一颗恒星能有多小？NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)在银河系中的恒星形成区域观察到一批质量低于恒星“点燃”氢融合所需质量的小天体。三支研究团队确认了约12颗棕矮星，质量在3至8倍木星质量之间，但没有更小的发现。
“这是首次我们能够寻找质量至少达到几倍木星的天体，”来自约翰霍普金斯大学的天体物理学家Ray Jayawardhana说。他们的发现符合恒星形成的最低质量预测，增强了天文学家对这些棕矮星极限值的信心。
不过，第四个团队的未发表研究提出了不同的结果，他们称发现了接近木星质量的棕矮星双星。如果属实，将颠覆现有的恒星形成模型。英国圣安德鲁斯大学的Alexander Scholz称，如果真的存在一对木星质量的双星，那将是个“伟大的发现”。但葡萄牙里斯本天体物理与空间科学研究所的Koraljka Mužic对这一发现表示怀疑。
许多天文学家基于燃烧的物质来定义棕矮星。质量高于约70倍木星的天体可以进行氢融合，属于传统恒星。而13倍木星质量以上的棕矮星只能燃烧氢同位素氘，核燃烧过程较弱，仅持续几百万年。
区分小棕矮星和行星还需要观察它们的形成方式。尽管一些行星也可能达到10倍木星质量，它们总是围绕恒星形成，依赖恒星周围的气体和尘埃盘。相比之下，包括棕矮星在内的恒星则是由巨大的气体云在重力作用下独立形成的。在重力影响下，气云收缩并分裂成不同大小的块状物，进一步坍缩直到形成恒星。然而，气体密度增加会导致加热，产生的压力可能阻止进一步收缩与分裂。理论上最小棕矮星的质量约为7倍木星质量，或0.007倍太阳质量。
在JWST 2021年发射前，望远镜最多观测到质量为5倍木星的棕矮星。但JWST的高灵敏度和红外探测器，使科学家能够在星云中看到更小的天体。于是，这三支团队用它扫描附近的恒星形成区，试图通过颜色推测所发现天体的质量。
去年末的一项研究报告称，第一支团队在约1000光年外的IC 348星团中发现了数颗质量介于3到8倍木星的棕矮星。今年9月，Jayawardhana所在团队报告在NGC 1333星云中发现了6个低质量天体，其中最小的质量约为5倍木星。同月第三项预印本研究指出，在距离约1350光年的火焰星云中，探测到质量小至3倍木星的棕矮星。然而，JWST应当能够看到更小的天体，但并未发现。
并非所有人认为已有定论。国际双子座天文台的Elena Sabbi称，“我认为现在下结论还为时过早。”一些研究的恒星诞生区域或许并不具有银河系代表性。而最大的挑战来自Max Planck天文研究所的Mark McCaughrean和他的同事Samuel Pearson。他们在预印本arXiv上发布的研究指出，在猎户座星云中心的梯形星团中发现了42个成对绕行的棕矮星，其中一些质量几乎与木星相当。这些天体被称为“木星质量双星物体”(JuMBO)。在一处，他们还发现了5个这样的天体排成一行，McCaughrean将该区域称为“JuMBO巷”。
JuMBO的发现似乎挑战了恒星形成理论。通常质量较低的双星系统较为稀有。一个可能性是，这些双星并非棕矮星，而是由于重力作用被其他天体甩出、并奇迹般保持结合的行星，但这种概率极低。另一种可能性是这些JuMBO原本更大，但在梯形星团中受到巨星辐射的削弱。
McCaughrean和Pearson推测这些天体可能含有甲烷和水，与年轻棕矮星的特征吻合。他们是通过颜色推测出这些气体的存在，而不是详细的光谱分析。宾夕法尼亚州立大学的Kevin Luhman则认为，它们的颜色更接近于被猎户座尘埃遮蔽的星体或星系的特征。他认为JuMBO是位于星团背景的遥远天体。对此，McCaughrean反驳称，随机背景物体模拟棕矮星双星的概率极小，尤其是JuMBO巷的情况。
McCaughrean和Pearson目前正采集星团的光谱图，预计几个月后发布新结果。McCaughrean相信这将验证他们的发现。
他还计划将望远镜的灵敏度推向极限，申请观测时间以寻找土星大小的棕矮星。“永远别说不可能，”他表示，“我是观察者，就让我们去看看有什么发现吧。”
本文译自 Science | AAAS，由 BALI 编辑发布。