根据科学家的分析,由氢和氦组成的天体能否成为恒星取决于它的质量。
如果质量足够大,天体可以经历氢融合,从而点燃自己成为一颗恒星,如太阳。如果质量太小而无法引发氢聚变,它只会变成一颗行星,比如木星。
然而,在恒星和行星之间还有一个过渡物体——褐矮星。
褐矮星
目前,科学家认为主要由氢和质量是木星13倍但不到8%的太阳组成的天体将会变成棕矮星。它们不够大,无法自发进行氢聚变反应,因此也被称为失败恒星。对他们来说,氘最多只能进行聚变反应。然而,氘聚变没有氢那么强烈,所以棕矮星通常很弱,表面温度不会超过3000摄氏度。
同时,因为氘的量没有氢的量大,一般来说,一颗褐矮星可以燃烧1亿年,达到它的极限,然后陷入沉默。那时,棕矮星看起来就像一个巨大的木星。
一般来说,棕矮星分为L型棕矮星和T型棕矮星。其中,L型褐矮星的温度在1200至2000摄氏度之间,其性能接近红矮星。T型褐矮星的温度低于1200摄氏度,在光谱上更接近一颗巨大的行星。此外,科学家还将根据光谱和其他特征将棕矮星分为9个亚类,从0(最高温度)到8(最低温度)。
从恒星或行星的角度来看,棕矮星既不是鱼也不是鸟。然而,作为恒星和行星之间的重要纽带,棕矮星的独特性质可以使我们对这些天体有更深入的了解。因此,棕矮星是科学家的重要研究对象。
双棕矮星
到目前为止,我们还没有发现许多棕矮星。然而,在2013年,科学家发现了一个令人兴奋的褐矮星——严格来说,这是一个罕见的双褐矮星系统:鲁曼16。
卢曼16是自1916年巴纳德星(6光年)被确认以来,科学家们发现的最近的恒星系统。它离我们只有6.5光年,离最近的比邻星只有一半的距离。
在2010-2011年间,宾夕法尼亚州立大学系外行星和宜居世界中心的研究员凯文·鲁曼在宽视场红外探测器(WISE)的图像中发现了棕矮星,并于2013年向世界宣布了他的发现。棕矮星也以发现者的名字命名。
(图片描述:由WISE拍摄的Luhman 16图像)
根据观察,鲁曼16A的光谱类型是L7.5(如果你还记得我们刚刚介绍的分类方法),它的质量是木星的33.5倍。卢曼16B的光谱类型是0.5,其质量是木星的28.6倍。这两个棕矮星以3.5天文单位的距离围绕着彼此旋转,旋转周期为27年。
棕矮星是科学家们关注的焦点。罕见的棕矮星能引起科学家的兴趣,如此近距离的观测为我们提供了极好的机会。因此,鲁曼16系统无疑成为科学家们关注的焦点。
极化测定
尽管6.5光年在天文学上可以忽略不计,足以跻身太阳系十大恒星之列,但人类仍然很难观察到它。即使在半人马座比邻星,我们也看不清楚,更不用说这两个更暗的棕矮星了。
(图片描述:由WISE拍摄的Luhman 16图像)
最近,加州理工学院的天文学家麦克斯韦·米勒·布朗夏尔和他的同事利用智利欧洲南方天文台的超大型望远镜阵列(VLT),试图通过偏振测量对卢曼16A进行前所未有的详细观测,以更好地了解棕矮星表面的气体和云。
极化是波的一种特殊效应,大致可以理解为波振动方向的屏蔽机制。它广泛应用于现实生活中,比如我们通常看的3D电影,偏光太阳镜等等。偏振测量法也是检测横波的一种非常有效的手段,其中最常用的是包括可见光在内的电磁波。在物理学中,由于光在不同的介质中有不同的偏振结果,偏振测量也应用于军事和其他领域。
偏振技术已经应用于天文学很长时间了。它被称为“天文学家的太阳镜”,可以帮助科学家通过偏振结果判断天体表面是均匀的还是有起伏的。然而,以往的检测和分析技术并不完善,因此应用效果不是很好。随着偏振技术的不断发展,它逐渐开始受到科学家的重视,并被赋予了新的生命。
“偏振测量是一门极其困难的艺术,”加州理工学院和喷气推进实验室的天文学家迪米特里·马维特(Dimitri Mawet)说,“但新技术和数据分析方法使它比以往任何时候都更加精确和灵敏,并使得对超大质量黑洞、新生或垂死恒星、褐矮星和系外行星,甚至太阳系中的天体的突破性研究成为可能。 ' '
这一次,米勒-布兰查尔将这一方法应用于观察系统外的天体,这可以探测到褐矮星鲁曼16A的表面状态。
通过偏振测量看到的卢曼16A
观察结果表明,信号不完全均匀,但有些部分较强。他们推测鲁曼16A的表面可能有云带。当然,即使这个方法很精致,对今天的人类来说,直接观察其他恒星的表面仍然是不可能的。因此,这种推测只能通过其他方法来检验。
因此,在使用偏振测量之后,米勒-布兰查尔等人用计算机建立了一个模型,看看哪个褐矮星模型可以使用偏振测量来获得相同的结果。有趣的是,与实际观测相符的模拟褐矮星有两条永久的厚云带。在太阳系中,我们也见过这样的天体——木星。不仅如此,模拟中的褐矮星的表面云也会非常湍急,其能量甚至可能比木星还大。
(图片说明:卢曼16A虚像,图中波段由偏振测量结果模拟,后面的红色天体是卢曼16B)
事实上,在对棕矮星的研究开始时,科学家们认为,在氘聚变反应期间,棕矮星不会有大量云这样的天气。这一次,我们对褐矮星有了新的理解。
“偏振测量是目前唯一能够观测天体云带的技术,即使亮度继续波动,”米勒-布兰查尔说,“这是在鲁曼16A上找到云带的关键。”'
不仅如此,他们还利用这次的测试结果进行了更多的推测。望远镜科学研究所的天文学家朱利安·吉拉尔说:“我们相信,在这些风暴中,一些物质,如硅酸盐或氨,可能会像雨一样落到棕矮星的表面。事实上,天气相当糟糕。”
摘要
就在上个月,另一组天文学家探测到另一颗褐矮星,34光年外的2MASS J10475385+2124234,以及一场表面速度超过每小时2293公里的恐怖风暴,比木星表面快7倍。
正如我们之前所说,一些棕矮星看起来像大木星,至少从大气环境来看是这样的。
随着科学技术的发展,科学家们会越来越了解这些神秘的天体。一些人先前推测银河系中至少有100亿颗棕矮星。对这些天体的研究对我们来说非常重要。今天,我们知道棕矮星表面会下什么样的雨。我相信将来我们会发现更多的信息。即使这个天体能生出生命,我们也能知道——但从现在开始,这种可能性有点小...
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