世界上最小的恒星
世界上最小的恒星
你聽(tīng)說(shuō)過(guò)比木星還小的恒星嗎?趕緊跟著小編去科普世界上最小的恒星。
世界上最小的恒星
天文學(xué)家或許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了已知最小的恒星。不只是已知的恒星里最小的一顆，就算在所有可能的恒星里，也很有可能是最小的。如果它再小一點(diǎn)的話，可能就不能再成為一顆恒星了。
這顆恒星被名為2MASS J05233822-1403022，我們可以簡(jiǎn)稱(chēng)它為J0523[這個(gè)復(fù)雜的名字表示，它是由2MASS項(xiàng)目(2-Micron All Sky Survey，2微米全天巡視)發(fā)現(xiàn)的，后面那串?dāng)?shù)字則是它在天空中的坐標(biāo)——沒(méi)錯(cuò)，天文學(xué)家起名字就是這么無(wú)趣]。它的亮度僅有太陽(yáng)的1/8000，表面溫度為1800℃(作個(gè)比較，太陽(yáng)的表面溫度為5600℃)，直徑僅有太陽(yáng)的0.09倍——甚至比木星還要小!
實(shí)際上，這顆恒星離我們相當(dāng)近，只有大約40光年，但因?yàn)榉浅０档?，你必須用大望遠(yuǎn)鏡才能看到它——你用肉眼能夠看到的最暗恒星，都要比J0523明亮100萬(wàn)倍!
那么，我們是如何確定它(可能)是最小的恒星呢?
為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們必須先定義什么是“恒星”。天文學(xué)家認(rèn)為，恒星是質(zhì)量大到足以在其核心處將氫元素聚變成氦元素的氣態(tài)天體。我們的太陽(yáng)可以做到這一點(diǎn)，因此它是一顆恒星。木星就不行，所以它不是。
事實(shí)證明，要想讓這種核聚變反應(yīng)發(fā)生，你必須把氫壓縮到極致。行星自身的重力做不到這一點(diǎn)，但是如果你往一顆行星上堆積足夠多的物質(zhì)，隨著核心壓強(qiáng)和溫度的上升，最終你總能點(diǎn)燃那里的氫核聚變。
我們認(rèn)為，這個(gè)臨界質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的0.07–0.077倍。如果質(zhì)量超過(guò)這個(gè)范圍，你就得到了一顆恒星。不到這個(gè)范圍，那就成不了恒星。
但是，這個(gè)范圍也太寬了一點(diǎn)。如果能把范圍再收窄一點(diǎn)，那就好了。于是，為了確定恒星質(zhì)量的下限到底在哪里，一個(gè)研究鄰近恒星的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)決定，尋找逼近這一下限的超低質(zhì)量恒星，以及那些質(zhì)量明顯低于下限的天體。后者我們稱(chēng)之為褐矮星。
關(guān)于恒星與褐矮星的對(duì)比，有件事情相當(dāng)好玩。如果你往一顆恒星上增加質(zhì)量，它會(huì)變得更熱更大。這是因?yàn)?，恒星核心處的聚變反?yīng)率對(duì)質(zhì)量非常敏感。如果你增加一點(diǎn)質(zhì)量，聚變反應(yīng)率就會(huì)上升，于是溫度也會(huì)上升，恒星會(huì)就膨脹一點(diǎn)。(畢竟，恒星本質(zhì)上就是一團(tuán)氣體，加熱氣體時(shí)它就會(huì)膨脹。)
褐矮星就不同。它的核心已經(jīng)被自身質(zhì)量壓實(shí)，卻還不足以點(diǎn)燃核聚變。那里的物質(zhì)處于一種古怪的量子力學(xué)狀態(tài)，稱(chēng)為簡(jiǎn)并態(tài)。它的一個(gè)古怪特性就是，如果你往褐矮星上增加質(zhì)量，它反而會(huì)縮得更小。
所以，這些天文學(xué)家做了一件非常聰明的事情。他們找到了63顆處在聚變臨界質(zhì)量附近的天體，根據(jù)大小和表面溫度(溫度本身取決于質(zhì)量，但更容易直接測(cè)量)將它們畫(huà)在一張表上。隨著質(zhì)量越來(lái)越小，恒星的溫度會(huì)越來(lái)越低，半徑也會(huì)越來(lái)越小，然而一旦跨過(guò)了臨界質(zhì)量，進(jìn)入褐矮星的國(guó)度，溫度越低(因而質(zhì)量越低)的話，半徑反而會(huì)越來(lái)越大。
他們畫(huà)出了這些天體的屬性，確實(shí)發(fā)現(xiàn)隨著表面溫度的下降，天體的半徑也在縮小，直到出現(xiàn)一個(gè)最小值，然后又開(kāi)始增大。這個(gè)最小值必定就位于普通恒星與褐矮星的邊界之上。而且，他們發(fā)現(xiàn)J0523就位于這個(gè)邊界上，就在邊界的恒星那一側(cè)。
在可見(jiàn)光波段，J0523即使在大望遠(yuǎn)鏡中也暗到幾乎會(huì)被忽視(白色箭頭所指處)。不過(guò)在紅外波段(插入圖)，它還是相當(dāng)顯眼的。圖片來(lái)源： CDA Portal / 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF
正因?yàn)槿绱耍覀儾艜?huì)認(rèn)為，J0523是最小的恒星。它還是質(zhì)量最小的恒星，也是溫度最低的恒星。如果它的質(zhì)量再小一點(diǎn)，它就不再是一顆恒星，而是一顆褐矮星了。
不過(guò)需要提醒的是，這個(gè)界限沒(méi)有那么明確和分明。它也受到其他因素的影響，包括恒星的年齡、恒星中“金屬”的含量(天文學(xué)家把所有比氫和氦更重的元素都稱(chēng)為“金屬”，這可能會(huì)讓圈外的人感覺(jué)有一點(diǎn)困惑，但氫和氦目前仍是宇宙中含量最豐富的元素，而其他所有元素本質(zhì)上都是一種“污染”)，甚至還有恒星自轉(zhuǎn)的速度。
事實(shí)上，觀測(cè)數(shù)據(jù)跟理論模型相比還是有些差異的，理論模型預(yù)言，臨界質(zhì)量對(duì)應(yīng)的表面溫度應(yīng)該更低，接近1400℃才對(duì)。現(xiàn)在還不清楚，為什么這里會(huì)存在差異。這可能是前面提到的那些因素在起作用，也可能是觀測(cè)樣本存在未知的偏差。(老實(shí)說(shuō)，63個(gè)天體在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不算非常多，但這些天體都非常暗淡，很難找到更多不帶偏差的樣本;不過(guò)，這些天文學(xué)家正致力于尋找更多天體，以充實(shí)他們的樣本庫(kù)。)還有可能，我們對(duì)褐矮星核心物理過(guò)程的理解有一點(diǎn)偏差。在邊界附近，事情總是很難搞。
考慮到所有這些不確定因素，質(zhì)量比J0523更小的恒星也是有可能找到的。不過(guò)在那之前，J0523將是最小恒星的紀(jì)錄保持者。
無(wú)論如何，有件事值得一提：就像之前提到的，一顆恒星的核聚變反應(yīng)率取決于恒星的質(zhì)量。質(zhì)量越小，反應(yīng)速度就越慢，氫燃料可以維持消耗的時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，J0523可以持續(xù)燃燒的時(shí)間要比太陽(yáng)的壽命長(zhǎng)久許多。事實(shí)上，哪怕再過(guò)上萬(wàn)億年，這顆小小的恒星仍然會(huì)快樂(lè)地發(fā)出暗淡的光芒——那時(shí)，我們的太陽(yáng)已經(jīng)死去很久很久了。