天文学家揭开棕矮星的神秘面纱

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棕矮星(brown dwarf)是质量介乎行星和恒星之间的天体。 它们的质量极限究竟在那里的问题仍然存在争议,特别是因为它们的构造与低质量恒星的构造非常相似。 那么我们怎么知道是在处理一颗棕矮星还是一颗质量非常低的恒星呢? 由瑞士日内瓦大学和瑞士国家研究能力中心的科学家领导的一组国际团队与瑞士伯恩大学(University of Bern)合作,确定了五个质量靠近恒星和恒星边界的天体。 棕矮星可以帮助科学家了解这些神秘物体的性质。

像木星和其它巨大的气体行星一样,恒星主要由氢和氦构成。 但与气体行星不同的是,恒星质量巨大,重力如此强大,以至于氢原子融合产生氦气,释放出大量的能量和光。 另一方面,棕矮星的质量不足以融合氢,因此不能产生恒星的大量光和热。 相反,它们融合了相对较小的较重原子版本的氢:氘。 这个过程效率较低,棕矮星发出的光比恒星发出的光弱得多。 这就是为什么科学家经常将它们称为「失败的恒星」。

然而,我们仍然不知道棕矮星的质量极限在那里,这些极限使它们能够与可以燃烧氢数十亿年的低质量恒星区分开来,而棕矮星的燃烧阶段很短然后是更冷的过程,日内瓦大学科学学院天文学系研究员诺兰·格里夫斯(Nolan Grieves)指出,这些限制取决于棕矮星的化学成分,或它的形成方式,以及它的初始半径。

为了更好地了解这些神秘物体是什么,天文学家需要详细研究实例。 但它们相当罕见。 到目前为止,只能准确描述了大约三十颗棕矮星,与天文学家详细了解的数百颗行星相比,这是极少数。 如果考虑到它们较大的尺寸使到棕矮星比行星更容易探测到,那就更加奇怪。

为此国际研究团队将最初由凌日系外行星巡天卫星 (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 确定为感兴趣对象的五颗伴星:TOI-148、TOI-587、TOI-681、TOI-746 和 TOI-1213。

将它们被称为伴星,是因为它们围绕各自的宿主恒星运行。 它们的周期为5到27日,半径是木星的0.81到1.66倍,质量是木星的77到98倍,处于棕矮星和恒星之间的边界。

天文学家发现这些天体是棕矮星的线索之一是它们的大小和年龄之间的关系。 棕矮星应该随着时间的推移而缩小燃烧掉它们的氘储备并冷却。 在这里,我们发现两个最古老的物体,TOI 148和746,具有较小的半径,而两个较年轻的伴星具有较大的半径。

然而,这些天体是如此接近极限,以至于它们很容易成为质量非常低的恒星,而天文学家仍然不确定它们是否是棕矮星。 即使有这些额外的天体,我们仍然缺乏对棕矮星和低质量恒星之间差异得出明确结论的数字。 需要进一步研究以了解更多。

【图、文:节译自瑞士日内瓦大学2021年8月27日新闻公布】研究全文刊登在2021年7月5日出版的《天文学及天体物理学报》期刊 标题是: 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 = 凌日系外行星巡天卫星感兴趣对象星表 =

凌日系外行星巡天卫星目标星表

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