一次“巧合”，失敗的恒星！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第三例罕見褐矮星系統(tǒng)
它們比恒星小，是一種低溫且昏暗的星球;它們的質(zhì)量卻比行星大，甚至擁有圍繞自己運行的行星;它們是宇宙中的“少數(shù)派”，很難被發(fā)現(xiàn)，關(guān)于它們的半徑、質(zhì)量、年齡、光度等都披著神秘面紗……
它們就是褐矮星。近日，天文學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了一個罕見的褐矮星食雙星系統(tǒng)，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·天文學(xué)》期刊上。
失敗的恒星
“褐矮星也被稱作‘失敗的恒星’，它們內(nèi)部沒有像恒星那樣穩(wěn)定的氫核聚變反應(yīng)，所以它們的光度和溫度會隨著時間不斷降低，是一種非常獨特的天體。”南京大學(xué)天文與空間學(xué)院副教授張曾華告訴科技日報記者。
第一顆褐矮星于1995年被發(fā)現(xiàn)。此后，科學(xué)家使用光學(xué)和紅外望遠鏡發(fā)現(xiàn)了幾千顆褐矮星。有一些天體被稱為紅矮星、白矮星、巨星、亞巨星等，但它們都是恒星在不同演化階段的名稱。而褐矮星屬于“亞恒星”天體，與以上幾類恒星都不同。
此次發(fā)現(xiàn)的褐矮星食雙星系統(tǒng)更為罕見，這是人類歷史上第三次發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)。“所謂食雙星，是一種雙星系統(tǒng)，這類雙星的軌道平面傾角剛好與我們的視線方向非常接近，而軌道周期又相對較短。這樣，兩顆伴星在相互繞轉(zhuǎn)過程中，會周期性地相互遮擋。”張曾華說，此次發(fā)現(xiàn)褐矮星食雙星，源于一次偶然的“邂逅”：科學(xué)家在一次觀測中，把一臺望遠鏡對準(zhǔn)了一顆已知的褐矮星。但突然之間，這個天體似乎變暗了大約90分鐘，這表明剛剛發(fā)生了掩食。因此，科學(xué)家很快意識到，他們看到的可能是一對褐矮食雙星。
在銀河系中，褐矮星的數(shù)目大概只有恒星的五分之一。而且，褐矮星的直徑比恒星的更小，因而發(fā)生掩食的概率更低。這也就導(dǎo)致它們難以被發(fā)現(xiàn)，到目前為止，我們只發(fā)現(xiàn)了三個褐矮星食雙星系統(tǒng)。
“這次發(fā)現(xiàn)的褐矮星食雙星系統(tǒng)是這三者中最特別的。”張曾華說，首先是因為兩顆伴星的光譜吸收線都可以直接觀測到，進而可以分別測量兩者的徑向速度，所以能更準(zhǔn)確地直接測量它們的質(zhì)量和半徑;其次，在這個褐矮星食雙星系統(tǒng)250個天文單位(一個天文單位為日地平均距離，約為1.5億千米)外，還有一個已知的褐矮星伴星，也就是說，這是一個三褐矮星系統(tǒng)。
張曾華向記者介紹說：“通過觀測證實，它們是一個共生星族的成員，質(zhì)量非常接近，也很年輕，就像是三胞胎，年齡大約為4500萬年。”
并非人類的宜居地
褐矮星質(zhì)量足夠大，卻又沒有穩(wěn)定的氫核聚變，這種奇怪的特征從一開始就引起了天文學(xué)家的關(guān)注，將其視為理解恒星和行星形成過程的重要一環(huán)。
對于褐矮星，我們有著許多的疑問，發(fā)現(xiàn)褐矮星有什么意義?褐矮星擁有自己的行星嗎?這些行星是否宜居?
“過去我們對褐矮星的研究主要來自一些理論模型，通過這次發(fā)現(xiàn)的褐矮星食雙星系統(tǒng)，我們就可以通過測量參數(shù)驗證模型。”張曾華說，目前最先進的理論模型，可以很好地擬合這個食雙星系統(tǒng)中褐矮星的質(zhì)量、半徑和年齡等觀測結(jié)果。但是，通過理論模型計算出的光度卻高于兩顆褐矮星的實際觀測值。這表明目前的理論模型需要改進對光度的計算值。而對于冷大氣模型和低質(zhì)量演化模型的修正，也必然會影響我們對氣態(tài)系外行星的研究。
既然褐矮星擁有接近恒星的質(zhì)量，那么它的周圍是否存在環(huán)繞的行星?科學(xué)家的回答是肯定的。
“褐矮星雖然質(zhì)量比較小，但是周圍也可以形成行星。”張曾華告訴記者。2004年，人類第一次通過直接成像觀測發(fā)現(xiàn)的巨型系外行星，其主星就是一顆年輕的褐矮星。2016—2017年，天文學(xué)家在一顆超冷矮星TRAPPIST-1周圍發(fā)現(xiàn)了7顆類地球巖石行星，其中有3顆行星處于TRAPPIST-1的宜居帶內(nèi)。
褐矮星和部分最小質(zhì)量的恒星都被稱為超冷矮星，發(fā)現(xiàn)更多的超冷矮星及其周圍的巖石行星，將會豐富現(xiàn)有的系外行星樣本種類。“有了參數(shù)覆蓋范圍更為廣泛的系外行星樣本，我們就能更好地從多個角度去研究系外行星的大氣特性和形成機制等。”張曾華說。
張曾華說，褐矮星主要輻射近紅外射線，可見光極少甚至沒有。我們能感覺到來自褐矮星主星紅外射線的溫度，但是卻很難看到它。如果在褐矮星的宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了巖石行星，并且進化出了外星生物，因此這些外星生物因為需要適應(yīng)在紅外射線環(huán)境下生存，可能與地球生物會有很大的不同。如果我們?nèi)祟惖搅诉@樣的行星上可能會“很不習(xí)慣”。
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