科学家试图找到最小恒星

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天文学家们正在努力寻找能够以类似恒星方式形成的最小天体。一个使用美国航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）的研究团队确认了最新记录保持者：一颗自由浮动（free-floating）的微小褐矮星，其质量只有木星的三到四倍。

“在每本天文学教科书上你都能找到一个基本问题：最小的恒星是什么？”美国宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的凯文·卢曼（Kevin Luhman）解释说。

搜寻策略

为了找到这颗褐矮星，卢曼和他的同事卡塔里娜·阿尔维斯·德奥利韦拉（Catarina Alves de Oliveira）选择研究位于约1000光年外英仙座（Perseus）恒星形成区的IC 348星团。这个星团很年轻，只有大约500万年的历史。因此，任何褐矮星在红外光下都会相对明亮，因为它们在形成过程中散发着热量。

研究团队首先使用韦布望远镜的近红外相机（Near-Infrared Camera，NIRCam）对星团中心进行了成像，从亮度和颜色上识别出潜在的褐矮星。然后，他们利用韦布望远镜的近红外摄谱仪（Near-Infrared Spectrograph，NIRSpec）微型快门阵列对最有可能是褐矮星的目标进行了跟踪。

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这张图片来自NASA詹姆斯·韦布空间望远镜上的近红外相机（NIRCam），显示的是星团IC 348星团的中心部分。图像中一缕一缕梦幻的结构是反射星团恒星光线的星际物质，也就是所谓的反射星云（reflection nebula）。这些物质还包括被称为多环芳烃（PAHs）的含碳分子。来自星团中质量最大恒星的风可能是图中右侧呈现絮状大环的原因。
图片来源：NASA，ESA，CSA，空间望远镜科学研究所（STScI），凯文·卢曼（宾夕法尼亚州立大学），以及卡塔里娜·阿尔维斯·德奥利韦拉（ESA）

韦布望远镜的红外灵敏度极为重要，它使研究团队能够探测到比地面望远镜更暗的天体。此外，韦布望远镜敏锐的成像能力使他们能够确定哪些红色天体是点状的褐矮星，哪些是球状的背景星系。

经过筛选，他们发现了三个引人入胜的目标，它们的质量在3~8个木星质量之间，表面温度在830~1500摄氏度之间。根据计算机模型，其中最小的褐矮星质量仅为木星的三到四倍。

要解释如此小的褐矮星是如何形成的，在理论上具有很大的挑战性。高密度的厚重气体云可以产生足够的引力，最终坍缩形成恒星。然而，由于褐矮星质量较小，引力较弱，小型气体云理论上更难坍缩形成褐矮星，对于质量仅相当于巨行星的褐矮星来说尤其如此。

欧洲航天局（ESA）的卡塔里娜·阿尔维斯·德奥利韦拉是此次观测项目的首席研究员。她表示：“依据目前的模型，巨行星很容易在恒星周围的圆盘中诞生。但在IC 348星团中，这个天体不太可能在一个圆盘中形成，而是像恒星一样形成，而它的质量只有三倍木星的质量，还不到太阳质量的三百分之一。因此我们不禁要问，在质量如此之小的情况下，恒星的形成过程是如何进行的呢？”