天文學家揭開棕矮星的神秘面紗

棕矮星（brown dwarf）是質量介乎行星和恆星之間的天體。它們的質量極限究竟在那裡的問題仍然存在爭議，特別是因為它們的構造與低質量恆星的構造非常相似。那麼我們怎麼知道是在處理一顆棕矮星還是一顆質量非常低的恆星呢？由瑞士日內瓦大學和瑞士國家研究能力中心的科學家領導的一組國際團隊與瑞士伯恩大學（University of Bern）合作，確定了五個質量靠近恆星和恆星邊界的天體。棕矮星可以幫助科學家了解這些神秘物體的性質。

像木星和其它巨大的氣體行星一樣，恆星主要由氫和氦構成。但與氣體行星不同的是，恆星質量巨大，重力如此強大，以至於氫原子融合產生氦氣，釋放出大量的能量和光。另一方面，棕矮星的質量不足以融合氫，因此不能產生恆星的大量光和熱。相反，它們融合了相對較小的較重原子版本的氫：氘。這個過程效率較低，棕矮星發出的光比恆星發出的光弱得多。這就是為什麼科學家經常將它們稱為「失敗的恆星」。

然而，我們仍然不知道棕矮星的質量極限在那裡，這些極限使它們能夠與可以燃燒氫數十億年的低質量恆星區分開來，而棕矮星的燃燒階段很短然後是更冷的過程，日內瓦大學科學學院天文學系研究員諾蘭·格里夫斯（Nolan Grieves）指出，這些限制取決於棕矮星的化學成分，或它的形成方式，以及它的初始半徑。

為了更好地了解這些神秘物體是什麼，天文學家需要詳細研究實例。但它們相當罕見。到目前為止，只能準確描述了大約三十顆棕矮星，與天文學家詳細了解的數百顆行星相比，這是極少數。如果考慮到它們較大的尺寸使到棕矮星比行星更容易探測到，那就更加奇怪。

為此國際研究團隊將最初由凌日系外行星巡天衛星 (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 確定為感興趣對象的五顆伴星：TOI-148、TOI-587、TOI-681、TOI-746 和 TOI-1213。將它們被稱為伴星，是因為它們圍繞各自的宿主恆星運行。它們的周期為5到27日，半徑是木星的0.81到1.66倍，質量是木星的77到98倍，處於棕矮星和恆星之間的邊界。

天文學家發現這些天體是棕矮星的線索之一是它們的大小和年齡之間的關係。棕矮星應該隨著時間的推移而縮小燃燒掉它們的氘儲備並冷卻。在這裡，我們發現兩個最古老的物體，TOI 148和746，具有較小的半徑，而兩個較年輕的伴星具有較大的半徑。

然而，這些天體是如此接近極限，以至於它們很容易成為質量非常低的恆星，而天文學家仍然不確定它們是否是棕矮星。即使有這些額外的天體，我們仍然缺乏對棕矮星和低質量恆星之間差異得出明確結論的數字。需要進一步研究以了解更多。

【圖、文：節譯自瑞士日內瓦大學2021年8月27日新聞公佈】研究全文刊登在2021年7月5日出版的《天文學及天體物理學報》期刊 標題是： Populating the brown dwarf and stellar boundary: Five stars with transiting companions near the hydrogen-burning mass limit

TOI = TESS Objects of Interest = Transiting Exoplanet Survey Satellite Objects of Interest = 凌日系外行星巡天衛星感興趣對象星表 = 凌日系外行星巡天衛星目標星表