褐矮星是如何形成的?
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发布时间：2023-02-09 06:53
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时间：2024-01-27 23:44
褐矮星是一种奇怪的天体，处于 恒星和行星 之间的一种 中间位置 。
天体物理学家有时称它们为“ 失败的恒星 ”，因为它们的 质量不足以在其核心燃烧氢并像恒星一样发光。
褐矮星的形成是否仅仅是类太阳恒星形成的缩小版，一直 存在争议 。
天体物理学家正在关注最年轻的褐矮星，也称为 原褐矮星 。
它们只有 几千年的 历史 ，仍处于早期形成阶段。
他们想知道这些原棕矮星中的气体和尘埃，是否与最年轻的 类太阳原恒星 的成分相似。
感兴趣的焦点是 甲烷， 这是一种简单且非常稳定的气体分子，一旦形成，只能通过 高能物理 过程破坏。
它已在多个太阳系外行星中被发现。
过去，甲烷在识别和研究银河系中 最古老的褐矮星 的特性方面发挥了重要作用，这些褐矮星已有 数亿至数十亿年 的 历史 。
现在，由 LMU 天体物理学家 Basmah Riaz 领导的团队，首次在 三颗原棕矮星 中明确检测到 氘代甲烷 (CH 3 D) 。
这是对太阳系外CH 3 D的 首次明确探测 ，这是一个意想不到的结果。
原棕矮星是非常 寒冷 和 致密 的天体，这使得他们 难以研究近红外中 的甲烷特征。
相反，它们可以在 毫米波范围内 很容易地观察到。
与由于其 对称性 而在无线电域中没有 光谱特征 的甲烷相反，氘代甲烷 (CH 3 D) 可以在毫米波长处观察到。
首次发现 CH 3 D 更加令人惊讶，因为根据褐矮星形成理论，原褐矮星比原恒星更冷（约 10 开尔文或更低）且密度更大。
根据化学理论，CH 3 D 优先在 气体温暖 时形成，即温度约为 20 至 30 开尔文 。
“测量结果表明，原棕矮星中至少有很大一部分气体的温度高于 10 开尔文，否则根本不应该存在CH 3 D”，Basmah Riaz 说。
CH 3 D 丰度测量，为科学家提供了甲烷丰度估计值。
同样出人意料的是，虽然目前已知只有一颗类太阳原星初步检测到 CH 3 D ，但 LMU 团队已在 3 颗原棕矮星中牢固地检测到 CH 3 D。
这意味着原棕矮星表现出丰富的温暖有机化学物质，而这些凉爽紧凑的天体物理物体可能不仅仅是原恒星的缩小复制品。
马普地外物理研究所的合著者 Wing-Fai Thi 说：“原始褐矮星中的甲烷可能会或可能不会在最古老的褐矮星中存活或保留如此高的丰度”。
由于温暖的环境有利于形成更复杂的分子，因此原棕矮星是未来寻找这些分子的有趣对象。
天文学家在原棕矮星Mayrit周围发现了一个所谓的 原盘 。
通过这一发现，他们第一次确认了这个天体的形成方式与 类太阳恒星 相同。
褐矮星是一种天体，其特征介于 恒星和行星 之间：它们的质量太小，无法维持 氢聚变过程 ——恒星的特征过程。
另一方面，它们的 质量 要比 大行星 大得多。
它们的质量大约是木星的 十倍 或更多。
这个质量足以在核心中产生 氘聚变 。
这就是为什么，在他们年轻的时候，他们可以像微弱的星星一样闪耀。
尽管褐矮星经常出现在宇宙中，但它们很难检查和调查。
特别是，它们的形成是一个有争议的辩论主题。
LMU 天文学家 Basmah Riaz 现在首次与 Masahiro Machida 一起验证了围绕原棕矮星的所谓 伪圆盘。
（九州大学，日本）和 Dimitris Stamatellos（英国*兰开夏大学），进一步证明褐矮星按照与“真”恒星相同的规则出现。
科学家们在皇家天文学会月报上报告了他们的结果。
“十年前，已经开发了一个模型，其中褐矮星像普通恒星一样通过气体和尘埃云的坍缩形成。然而，到目前为止还没有观测数据这证实了这一点，”Riaz 说。
该模型预测，一定大小、质量和形状的伪圆盘必须出现在褐矮星周围。
恒星的形成基本上发生在 三个连续 的阶段。
使用来自阿塔卡马的数据大毫米/亚毫米阵列（ALMA）——位于智利安第斯山脉的国际射电望远镜观测站——里亚兹的团队首次成功地证明，在原棕矮星 Mayrit 1701117 周围实际上存在这样一个伪圆盘。”
尤其令人兴奋的是，我们既收到了 坍缩气体云 的信号，也收到了正在形成的伪圆盘的信号，”里亚兹说。
“因此，我们的数据证实了这个模型并表明 褐矮星与类似太阳的恒星经历相同的发展阶段 。”
此外，科学家们不仅能够证明 伪圆盘 的存在，还能够确定它的年龄：从宇宙的角度来看，它很可能形成于 30,000 到40,000 年前 ，Mayrit 1701117 的诞生仍处于非常早期的阶段。”
褐矮星填补了恒星和小得多的行星之间的“空隙”，两种截然不同的天体。
但它们是如何起源的还有待充分解释。
海德堡大学 的天文学家现在或许能够回答这个问题。
他们发现银河系中的 蛇夫座ν恒星 正被两颗褐矮星环绕，这很可能与恒星一起由 气体和尘埃盘 形成，就像行星一样。
研究结果发表在 《天文学与天体物理学》 上。
褐矮星要么围绕一颗 恒星 运行，要么在广阔的银河系中 孤立地运行 。
它们的质量至少 比木星重 13 倍， 足以通过 核聚变 在其核心中至少 暂时产生能量 。
然而，它们的质量不足以点燃其核心中的氢并因此产生自己的光。
它们在形成后继续散发的热量，是天文学家能够定位它们的方式。
据估计，多达 1000 亿颗褐矮星 在银河系安家。
然而，尚不清楚它们是如何形成的。
它们是“失败的”恒星，甚至可能是超级行星。
海德堡大学天文学中心 (ZAH) 最近的发现可以提供答案。
ZAH Königstuhl 国家天文台 的 Andreas Quirrenbach 教授和他的团队分析了蛇夫座 ν 星的 径向速度 变化。
海德堡天文学家和其他人使用美国和日本的望远镜，用 11 年时间 测量了这颗恒星的速度。
这颗恒星的质量略 大于太阳的两倍半 ，位于蛇夫座，距离地球约 150 光年 。
海德堡团队注意到测量中的某种模式，类似于由 轨道行星 或 双星 引起的模式，这通常没有什么不寻常的。
但在这种情况下，对数据的深入分析揭示了一些非同寻常的事情：显然，ν Ophiuchi 正被两颗轨道周期分别为 530 和 3,185 天的褐矮星环绕，这使它们处于 6:1 的共振配置中。
因此，距离蛇夫座ν最近的褐矮星绕它的恒星运行了6次，而另一颗更远的褐矮星只完成了1个轨道。
这一发现为褐矮星的演化提供了全新的视角。
它们是像星际云中的普通恒星一样完全发育，还是它们也可以在母恒星形成的早期形成于所谓的由气体和尘埃组成的 原行星盘 中？
“6:1 的共振是后一种情况的强烈迹象，”Quirrenbach 教授解释说。
“只有这样，新发展的褐矮星的轨道才能适应数百万年的稳定 共振 。”
研究人员报告说，这就是对 ν Ophiuchi 系统可能配置的广泛动态分析所表明的。
Quirrenbach 教授强调，这个超行星系统是同类中的第一个，也是褐矮星可以在原行星盘中形成的第一个确定迹象。
研究人员和他的团队希望其他这样的发现有朝一日可以让他们澄清： 有多少“失败”的恒星实际 上是木星和土星的更大质量的兄弟姐妹。
参考资料：
B Riaz 等人，0/I 类原褐矮星中的首次 CH3 D 检测：对 CH4 丰度的*，皇家天文学会月报：快报（2022 年）。
DOI: 10.1093/mnrasl/slac007 dx.doi.org/10.1093/mnrasl/slac007
期刊信息：
Phys.org - News and Articles on Science and Technology phys.org/journals/monthly-notices-of-the-royal-astronomical-society-letters/
DOI: 10.1093/mnras/stz1032 dx.doi.org/10.1093/mnras/stz1032
期刊信息：
Phys.org - News and Articles on Science and Technology phys.org/journals/monthly-notices-of-the-royal-astronomical-society/
Andreas Quirrenbach 等人，巨星的精确径向速度， 天文学和天体物理学（ 2019 年）。
DOI: 10.1051/0004-6361/201834423 dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201834423
期刊信息：
Phys.org - News and Articles on Science and Technology phys.org/journals/astronomy-astrophysics/
