酷辣的恒星:探索恒星与行星之间的边界

作者: 中科院物理所

来源: 牧夫天文

发布日期: 2023-07-26 11:39:35

本文探讨了恒星与行星之间的边界,特别是关于褐矮星的特性及其与恒星和行星的区别。文章通过比较不同类型天体的质量和温度,解释了如何区分恒星、行星和褐矮星,并讨论了无线电波在界定这些天体中的作用。

太阳、小质量星、褐矮星、木星相对大小的艺术图示

图片来源:木星:NASA、ESA、和 A. Simon (NASA,GSFC);太阳、小质量星:NASA、SDO;褐矮星:(NASA,ESA,and JPL-Caltech)

可以用是否发生核聚变来区分恒星和行星:恒星质量巨大,可以在其核心聚集氢,行星因为质量原因就做不到。在恒星和行星之间还有一类星,那就是褐矮星,这些星星质量巨大,会经历核聚变,只不过不是通过聚合氢实现。最大的褐矮星温度很高,颇有恒星之态;但是最小的家伙只有能烘培披萨的温度。

还有一种特别小的恒星,但是可以引起氢聚变,这就是红矮星——大名鼎鼎的M型矮星。最小质量的红矮星是木星质量的78倍,个头和木星差不多,但是密度更大,温度更高,表面温度可以达到2800K(2527°C),冰冷的木星温度只有165K(—108°C)。

质量在65—78倍木星质量的天体,其中心核可以实现锂聚变;质量在13—65倍木星质量的天体完成氚聚变,但是在这两个过程中,不会有大量热量产生,所以褐矮星在可见光谱内不甚明亮,天文学家只能用按照红外光谱将其归类。

褐矮星艺术图示

图片来源:NASA/JPL-Caltech

L型矮星最热,其表面温度在1300—2000K(1027—1727°C)之间;接下来是T型矮星,其表面温度为700—1300K(427—1027°C);Y型矮星最冷,其表面温度为300—700K(27—427°C)。把温度特别低的Y型褐矮星看作类恒星天体,总觉得有些奇怪:哪有一个恒星比木星小,但是表面温度还没有地球夏天的温度高呢?我们应该把氚聚变作为褐矮星的界定条件吗?为什么不冠之以行星之名呢?

毕竟,像地球一样的行星也需要核衰变加持才能有能量运行。

除此之外,准确获取小褐矮星质量绝非易事,用质量作为褐矮星的界定条件也很牵强。

还有一个界定褐矮星的方法,那就是判断其是否在无线波长范围内可见。真正的恒星会发射大量无线电波,其本身磁场强、等离子体密集,无线电波便会格外明亮。而温度低的褐矮星并不会发出无线电波,所以就这一点,它们更像是大行星,绝大多数只会发射红外线。一些行星诸如木星也会发射无线电波,但那是因为极光的影响,整个天体并不会这样。

所以,用发射无线电波界定类恒星是否可行?

据证实,一个发射无线的褐矮星温度可以很低。天文学家最近观测到了一颗名为WISE J062309.94?045624.6褐矮星发射的无线电波,这是一颗T型褐矮星,质量是木星的40倍,表面温度为700K(425 °C),按照人类标准,这温度贼高,但是和太阳的5700K(5427 °C)相比,简直是“小巫见大巫”。

天文学家不确定温度低的恒星是如何发射无线电波的,但他们认为这很可能是因为其磁场强大且旋转迅速引起的。这会产生发电机效应,以致于大量无线电波喷射出来,源源不断。当然,这仅仅是超低温褐矮星发射无限制电波的首例,如果以后能找到其他案例,便可对其无线电波发射机制一探究竟。

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