一次“巧合”，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(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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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