美国国家航空航天局的韦伯发现了最小的自

　　据美国国家航空航天局·韦伯望远镜小组：棕矮星是跨越恒星和行星分界线的物体。它们像恒星一样形成，密度越来越大，足以在自身重力下坍缩，但它们永远不会变得足够致密和热，以开始融合氢并变成恒星。在天平的低端，一些褐矮星可与巨行星相媲美，其质量仅为木星的几倍。

　　最小的星星是什么？

　　天文学家试图确定能够以类似恒星的方式形成的最小物体。一个使用美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的团队已经确认了新的记录保持者:一颗微小的自由漂浮的褐矮星，其质量只有木星的三到四倍。

　　“你会在每本天文学教科书中发现一个基本问题，最小的恒星是什么？这就是我们试图回答的问题，”宾夕法尼亚州立大学的主要作者凯文·鲁曼解释道。

　　搜索策略

　　为了定位这颗新发现的褐矮星，卢曼和他的同事卡塔琳娜·阿尔维斯·德·奥利维拉(Catarina Alves de Oliveira)选择研究星团IC 348，它位于英仙座恒星形成区，距离我们大约1000光年。这个星团很年轻，大约只有500万年。因此，任何棕矮星在红外光下仍会相对明亮，因其形成时的热量而发光。

　　该团队首先使用韦伯的NIRCam(近红外相机)对星团中心进行成像，以根据亮度和颜色识别褐矮星候选星。他们使用韦伯的NIRSpec(近红外光谱仪)微型快门阵列追踪最有希望的目标。

　　这张图片来自美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的NIRCam(近红外照相机)仪器，显示了星团IC 348的中央部分。填充图像的纤细的幕帘是星际物质，反射来自星团恒星的光——这就是所谓的反射星云。这种物质还包括被称为多环芳烃(PAHs)的含碳分子。来自星团中最大质量恒星的风可能有助于塑造在视野右侧看到的大环。图像：uux.cn/美国国家航空航天局、欧空局、加空局、STScI、K. Luhman(宾夕法尼亚州立大学)和C. Alves de Oliveira(欧空局)

　　韦伯的红外敏感度至关重要，这使得该团队能够比地面望远镜探测到更微弱的物体。此外，韦伯敏锐的视觉使他们能够确定哪些红色物体是精确的褐矮星，哪些是blobby背景星系。

　　这一筛选过程导致了三个有趣的目标，重量为三到八个木星质量，表面温度从1500到2800华氏度(830到1500摄氏度)不等。根据计算机模型，其中最小的一颗重量只有木星的三到四倍。

　　解释如此小的褐矮星是如何形成的在理论上具有挑战性。一团又重又密的气体云有足够的引力坍缩并形成一颗恒星。然而，由于其引力较弱，小云塌缩形成褐矮星应该更困难，对于具有巨行星质量的褐矮星来说尤其如此。

　　“对于目前的模型来说，在恒星周围的圆盘中制造巨大的行星非常容易，”欧洲航天局(ESA)的首席研究员Catarina Alves de Oliveira说。“但在这个星团中，这个物体不太可能形成于一个圆盘中，而是像恒星一样形成，而且质量是木星的3倍，比我们的太阳小300倍。所以我们不得不问，恒星形成过程是如何在如此非常非常小的质量下运作的？”

　　神秘分子

　　除了提供恒星形成过程的线索，微小的褐矮星还可以帮助天文学家更好地了解系外行星。质量最小的棕矮星与最大的系外行星重叠；因此，它们应该具有一些相似的性质。然而，一颗自由漂浮的褐矮星比一颗巨大的系外行星更容易研究，因为后者隐藏在其宿主恒星的强光下。

　　本次调查中发现的两颗褐矮星显示了一种未知碳氢化合物的光谱特征，或者同时含有氢和碳原子的分子。美国国家航空航天局的卡西尼任务在土星及其卫星泰坦的大气中也探测到了同样的红外信号。在星际介质或恒星间的气体中也发现了这种现象。

　　“这是我们第一次在太阳系以外的物体的大气中探测到这种分子，”阿尔维斯·德·奥利维拉解释道。“褐矮星大气模型并不能预测它的存在。我们正在观察比以往任何时候都更年轻、质量更轻的物体，我们看到了一些新的和意想不到的东西。”

　　这张图片来自美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的NIRCam(近红外照相机)仪器，显示了星团IC 348的中央部分。天文学家在星团中搜寻微小的自由漂浮的褐矮星:太小而不能成为恒星，但比大多数行星都大的物体。他们发现了三颗质量不到木星八倍的褐矮星，它们在主图中被圈起来，并显示在右侧的详图中。最小的重量只有木星的三到四倍，挑战了恒星形成的理论。图像：uux.cn/美国国家航空航天局、欧空局、加空局、STScI、K. Luhman(宾夕法尼亚州立大学)和C. Alves de Oliveira(欧空局)

　　褐矮星还是流氓星球？

　　由于这些物体完全在大行星的质量范围内，这就提出了一个问题，即它们是否真的是褐矮星，或者它们是否真的是从行星系统中被驱逐出来的流氓行星。虽然该团队不能排除后者，但他们认为，他们更有可能是一颗褐矮星，而不是一颗被驱逐的行星。

　　一颗被喷射的巨行星不太可能存在，原因有二。首先，与质量较小的行星相比，这样的行星通常不常见。第二，大多数恒星都是低质量恒星，巨行星在那些恒星中尤其罕见。因此，IC 348中的大多数恒星(低质量恒星)不太可能产生如此大质量的行星。此外，由于星团只有500万年，可能没有足够的时间形成巨型行星，然后将其逐出系统。

　　更多此类物体的发现将有助于弄清它们的状况。理论表明，流氓行星更有可能在星团的外围被发现，因此如果它们存在于IC 348内，扩大搜索范围可能会识别它们。

　　未来的工作可能还包括更长的调查，可以检测更微弱，更小的物体。该小组进行的短期调查预计将探测到质量为木星两倍的物体。更长时间的观测很容易达到木星的质量。

　　这些观察作为保证时间观察计划1229的一部分。结果发表在《天文学杂志》上。

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由美国国家航空航天局及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一个国际项目。