重量级的恒星不足以让棕矮星变成恒星

看看夜空。看到那些星星了吗？每一个明亮的光点背后可能都有一个没有发光的物体。但天文学家们花了几十年的时间试图弄清楚为什么有些气体球会发出明亮的光芒，而另一些却隐藏在黑暗中。

但现在，天文学家首次发现了一颗与成功恒星一样大的失败恒星——这对我们对恒星形成的了解提出了挑战。

在《天体物理学杂志》上发表的一篇论文中，卡内基科学研究所的研究人员研究了一个距离我们约 12 光年的奇异恒星系统。这个三重系统包含一颗比太阳略小的恒星——印第安埃普西隆 A——和两颗失败的恒星——印第安埃普西隆 B 和 C。

天文学家于 2002 年发现了这两颗失败恒星，即“棕矮星”，但从未测量过它们的确切质量。该团队花了数年时间监测这些天体以及它们对其母星的微妙影响，这些影响导致母星略微偏离其在系统中的中心位置。

他们的发现令人惊讶：仅从质量来看，其中至少有一颗应该是恒星，另一颗也相差不远。事实上，它们是迄今为止发现的质量最大的两颗 T 型矮星。（T 型矮星是一种富含甲烷的棕矮星。）

“我们发现这些质量位于一个非常关键的区域——正好位于恒星和棕矮星的边界上，”卡内基观测天文学家、这项研究的主要作者塞尔吉奥·迪特里希 (Sergio Dieterich) 说。

Epsilon Indi B 的质量约为太阳系最大行星木星的 75 倍。已知准确质量的最低质量恒星之一是 VB10，它是 Gliese 752 的双星。它的质量也是木星的 75 倍。Epsilon Indi C 的质量是木星的 70 倍，这大约是理论上恒星的绝对最低质量。

Epsilon Indi B 和 Epsilon Indi C 与 VB10 的区别在于热量。VB10 会将氢原子融合成氦原子，释放能量和热量（并在自身能量下发光），而 Epsilon Indi B 和 C 则很冷。“我们知道这些物体是棕矮星，因为它们非常非常冷。一般认为，要维持聚变，温度范围应在 70 到 80 个木星质量之间。它们比恒星的温度还要低，”迪特里希说。

虽然恒星和棕矮星之间的模糊区域有许多候选天体，但它们的质量尚不清楚。但印第安埃普西隆恒星系统为科学家提供了一个绝佳的观察机会。观察恒星与周围物体的相互作用有助于确定所述物体和恒星本身的质量。在这种情况下，天文学家可以观察到这些棕矮星对其母星的“牵引”程度。

“这是第一批毫无疑问的棕矮星（在这个质量范围内），”迪特里希说。“还有其他几个我们知道质量的物体，但由于它们很热，我们不知道它们到底是恒星还是非常年轻的棕矮星。”

这是一个至关重要的区别。大质量棕矮星与恒星由相同的构成要素形成，甚至可能有一些初始聚变（恒星中自然发生的核反应）。棕矮星在此期间也会燃烧得非常热，看起来像任何其他原恒星。“在它们生命的最初几百万年里，它们确实会从聚变中获得刺激，但只有在它们生命的晚期，它们才会成为棕矮星或恒星，”迪特里希说。迪特里希说，大多数恒星的燃烧温度也会超过 2100 K——另一种区分恒星和恒星的方式——尽管年轻的棕矮星可能在形成时仍然非常热，因此仍然会发出一些光。（Epsilon Indi B 和 C 不发光，温度分别约为 900 K 和 1,300 K。）

纽约市立大学州立岛分校天文学和物理学副教授、美国自然历史博物馆研究员艾米丽·赖斯 (Emily Rice) 表示：“对我来说，这是一个非常令人惊讶的结果，但对于我们理解这些物体来说，这是一个非常重要的结果。”赖斯没有参与这项研究。

赖斯表示，印第安纳 Epsilon B 和 C 可能存在零星的融合，但她将其比作试图启动汽车，钥匙可以转动，但汽车无法完全启动。赖斯说，对于恒星来说，“只要你让发动机运转，它们就不会熄火”。

迪特里希和他的团队花了几年时间寻找这样的天体，包括在 2013 年发表一篇论文概述了一些候选天体。至于为什么 Epsilon Indi B 尽管质量接近恒星却从未成为恒星，迪特里希表示，这可能与其大气中的重元素数量有关，以及构成该天体的气体云是否从未稠密到足以引发恒星。

一般来说，元素周期表中所有比氦重的元素都被称为“金属”。在某些模型下，一些相对不含金属的物体可能不会成为恒星，直到达到更高的质量——无可争议地与恒星质量相同。“如果你没有任何金属，原始物体只有氢，那么恒星的极限质量将达到 98 个太阳质量，”迪特里希说。但自从银河系形成以来，这类物体就从未存在于我们的银河系中。

未来几年，恒星和棕矮星之间的边界可能会出现更多奇怪的物体。研究人员正在发现像 TRAPPIST-1 这样的小型、极冷的恒星，其质量接近 80 个木星质量。他们还可能发现更多像 Epsilon Indi B 这样的物体，它们会向恒星边界爬升。这些都是宇宙中最奇怪的物体之一——我们正逐渐接近发现是什么真正赋予了恒星恒星力量。