J0523或(huo)許是(shi)(shi)最(zui)(zui)小(xiao)的(de)恒星(xing)(xing),不只(zhi)是(shi)(shi)已知的(de)恒星(xing)(xing)里最(zui)(zui)小(xiao)的(de)一(yi)顆,就算在所(suo)有(you)可能(neng)的(de)恒星(xing)(xing)里,也(ye)很有(you)可能(neng)是(shi)(shi)最(zui)(zui)小(xiao)的(de)。如果它再(zai)小(xiao)一(yi)點的(de)話,就不能(neng)再(zai)成(cheng)為一(yi)顆恒星(xing)(xing)了(le)。
這顆(ke)恒星(xing)被名為(wei)2MASS J05233822-1403022,我們可以簡稱它(ta)(ta)為(wei)J0523,它(ta)(ta)的(de)亮度僅有太(tai)(tai)陽(yang)的(de)1/8000,表面溫度為(wei)2251℃(作個比(bi)較,太(tai)(tai)陽(yang)的(de)表面溫度為(wei)5505℃),直徑僅有太(tai)(tai)陽(yang)的(de)0.09倍——甚至比(bi)木星(xing)還(huan)要小!
實際上,這顆(ke)恒星離我們相當近,只有大約40光年,但因(yin)為非常暗淡,你必須用(yong)(yong)大望遠鏡才能(neng)看到它——你用(yong)(yong)肉眼能(neng)夠看到的(de)最暗恒星,都要(yao)比J0523明亮(liang)100萬(wan)倍(bei)!
那么,我們是(shi)如何確定它(可能)是(shi)最小(xiao)的恒星呢?
為了回答這個問(wen)題,我們(men)必須先定義什么(me)是“恒(heng)星”。天(tian)文學(xue)家(jia)認為,恒(heng)星是質量大到足以(yi)在其核心處將氫元素聚變成氦元素的氣態天(tian)體。我們(men)的太陽可以(yi)做到這一點,因(yin)此(ci)它是一顆恒(heng)星。木(mu)星就不(bu)行,所以(yi)它不(bu)是。
事實(shi)證明,要想讓這種核聚(ju)變反(fan)應發生,你必須(xu)把氫壓(ya)縮到(dao)極致。行星自(zi)身的(de)(de)重力做不到(dao)這一點(dian),但是如果你往(wang)一顆行星上堆(dui)積足夠多的(de)(de)物質(zhi),隨著(zhu)核心壓(ya)強和溫度的(de)(de)上升,最終你總(zong)能點(dian)燃那(nei)里的(de)(de)氫核聚(ju)變。
我們認為(wei),這(zhe)個(ge)(ge)臨界質(zhi)量大(da)約(yue)是木(mu)星質(zhi)量的77倍。如(ru)果質(zhi)量超過(guo)這(zhe)個(ge)(ge)范圍,你就得到(dao)了一(yi)顆恒(heng)星。不到(dao)這(zhe)個(ge)(ge)范圍,那(nei)就成不了恒(heng)星。
如果(guo)(guo)你(ni)(ni)往一(yi)顆(ke)恒星(xing)(xing)上(shang)增加(jia)質量(liang),它(ta)會(hui)變得(de)(de)更(geng)熱更(geng)大,這是(shi)因為,恒星(xing)(xing)核(he)心處(chu)的聚(ju)變反應率對質量(liang)非常敏感。如果(guo)(guo)你(ni)(ni)增加(jia)一(yi)點(dian)質量(liang),聚(ju)變反應率就(jiu)會(hui)上(shang)升,于(yu)是(shi)溫度也會(hui)上(shang)升,恒星(xing)(xing)會(hui)就(jiu)膨脹一(yi)點(dian);褐矮星(xing)(xing)就(jiu)不同(tong)。它(ta)的核(he)心已經被自(zi)身質量(liang)壓實,卻還不足以點(dian)燃(ran)核(he)聚(ju)變。那里的物質處(chu)于(yu)一(yi)種古(gu)(gu)怪(guai)的量(liang)子(zi)力學(xue)狀態,稱為簡并態。它(ta)的一(yi)個古(gu)(gu)怪(guai)特性(xing)就(jiu)是(shi),如果(guo)(guo)你(ni)(ni)往褐矮星(xing)(xing)上(shang)增加(jia)質量(liang),它(ta)反而會(hui)縮得(de)(de)更(geng)小。
所以,這(zhe)些(xie)天(tian)文學家做了一件非常聰明的(de)事情。他們(men)找(zhao)到了63顆(ke)處在聚變臨(lin)(lin)界質量附近的(de)天(tian)體(ti),根據大(da)小(xiao)和表(biao)面(mian)溫度(溫度本身取(qu)決于(yu)質量,但(dan)更容(rong)易(yi)直(zhi)接(jie)測量)將(jiang)它們(men)畫在一張(zhang)表(biao)上。隨(sui)著質量越(yue)(yue)來越(yue)(yue)小(xiao),恒(heng)星(xing)的(de)溫度會(hui)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)低,半徑(jing)也會(hui)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)小(xiao),然(ran)而一旦(dan)跨過了臨(lin)(lin)界質量,進入(ru)褐矮星(xing)的(de)國(guo)度,溫度越(yue)(yue)低(因而質量越(yue)(yue)低)的(de)話,半徑(jing)反(fan)而會(hui)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大(da)。
他們畫出了這些天(tian)體的(de)屬(shu)性,確實發現(xian)(xian)(xian)隨著表面(mian)溫度的(de)下(xia)降(jiang),天(tian)體的(de)半徑也(ye)在縮小,直到出現(xian)(xian)(xian)一個(ge)最小值,然后(hou)又開始增大。這個(ge)最小值必定就位(wei)于(yu)普通恒(heng)星(xing)(xing)(xing)與褐(he)矮星(xing)(xing)(xing)的(de)邊界(jie)(jie)之上(shang)。而(er)且,他們發現(xian)(xian)(xian)J0523就位(wei)于(yu)這個(ge)邊界(jie)(jie)上(shang),就在邊界(jie)(jie)的(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)那一側。
在可見(jian)光波段(duan),J0523即使在大(da)望遠(yuan)鏡中也暗到幾乎會被忽視(白色(se)箭頭(tou)所指(zhi)處)。不過在紅外波段(duan)(插入圖),它還(huan)是相當顯眼的。
正因為(wei)如此,我們才(cai)會認為(wei),J0523是(shi)(shi)最小(xiao)的(de)恒(heng)星(xing)(xing)。它(ta)(ta)還是(shi)(shi)質(zhi)量最小(xiao)的(de)恒(heng)星(xing)(xing),也是(shi)(shi)溫度最低的(de)恒(heng)星(xing)(xing)。如果它(ta)(ta)的(de)質(zhi)量再小(xiao)一(yi)(yi)點,它(ta)(ta)就不再是(shi)(shi)一(yi)(yi)顆(ke)恒(heng)星(xing)(xing),而是(shi)(shi)一(yi)(yi)顆(ke)褐矮星(xing)(xing)了。
不過需(xu)要提(ti)醒的(de)(de)(de)是,這個(ge)界限(xian)沒有那(nei)么(me)明確和(he)(he)分明。它(ta)也受到其他因素(su)(su)的(de)(de)(de)影響(xiang),包括恒(heng)星(xing)的(de)(de)(de)年齡、恒(heng)星(xing)中(zhong)“金(jin)屬”的(de)(de)(de)含(han)量(天文學家(jia)把(ba)所(suo)(suo)有比(bi)氫和(he)(he)氦(hai)更重的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)都(dou)稱為“金(jin)屬”,這可能(neng)會讓圈(quan)外的(de)(de)(de)人感(gan)覺有一點(dian)困惑,但氫和(he)(he)氦(hai)目前仍是宇宙中(zhong)含(han)量最豐富的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su),而其他所(suo)(suo)有元(yuan)素(su)(su)本質上(shang)都(dou)是一種“污染”),甚至還(huan)有恒(heng)星(xing)自轉的(de)(de)(de)速(su)度。
事實上,觀測數據跟理(li)論模型(xing)相(xiang)比還(huan)(huan)是有(you)(you)些差(cha)異的,理(li)論模型(xing)預言(yan),臨界質量對(dui)(dui)應的表面(mian)溫度(du)應該更(geng)低,接近1400℃才對(dui)(dui)。現(xian)在還(huan)(huan)不清楚,為什么(me)這里會(hui)存(cun)在差(cha)異。這可能是前面(mian)提(ti)到的那(nei)些因素(su)在起(qi)作用,也可能是觀測樣本(ben)存(cun)在未(wei)知的偏(pian)差(cha),還(huan)(huan)有(you)(you)可能,我們對(dui)(dui)褐矮星核心物理(li)過程的理(li)解有(you)(you)一點偏(pian)差(cha)。在邊界附近,事情總是很難(nan)搞。
考慮到所有這些不(bu)確定因素,質量比J0523更(geng)小(xiao)(xiao)的恒星(xing)也是有可(ke)能找到的。不(bu)過在那(nei)之前,J0523將(jiang)是最小(xiao)(xiao)恒星(xing)的紀錄保持者。
無論如何,有件事(shi)值得一提:就像之(zhi)前(qian)提到的(de),一顆恒星的(de)核聚變反(fan)應(ying)率取決于恒星的(de)質量。質量越(yue)小,反(fan)應(ying)速度就越(yue)慢,氫燃料可以(yi)維(wei)持(chi)消耗的(de)時(shi)間就越(yue)長(chang)。因(yin)此,J0523可以(yi)持(chi)續燃燒的(de)時(shi)間要比太(tai)陽的(de)壽(shou)命長(chang)久(jiu)許(xu)多。事(shi)實(shi)上(shang),哪怕再(zai)過上(shang)萬億年,這顆小小的(de)恒星仍然會快樂地發出(chu)暗淡的(de)光芒(mang)——那(nei)時(shi),我(wo)們的(de)太(tai)陽已(yi)經死去(qu)很久(jiu)很久(jiu)了。