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【褐矮星】一次“巧合”，科学家发现第三例罕见褐矮星系统

它们比恒星小 ， 是一种低温且昏暗的星球；它们的质量却比行星大 ， 甚至拥有围绕自己运行的行星；它们是宇宙中的“少数派” ， 很难被发现 ， 关于它们的半径、质量、年龄、光度等都披着神秘面纱……
它们就是褐矮星 。 近日 ， 天文学家偶然发现了一个罕见的褐矮星食双星系统 ， 相关研究成果发表在《自然·天文学》期刊上 。
失败的恒星
“褐矮星也被称作‘失败的恒星’ ， 它们内部没有像恒星那样稳定的氢核聚变反应 ， 所以它们的光度和温度会随着时间不断降低 ， 是一种非常独特的天体 。 ”南京大学天文与空间学院副教授张曾华告诉科技日报采访人员 。
第一颗褐矮星于1995年被发现 。 此后 ， 科学家使用光学和红外望远镜发现了几千颗褐矮星 。 有一些天体被称为红矮星、白矮星、巨星、亚巨星等 ， 但它们都是恒星在不同演化阶段的名称 。 而褐矮星属于“亚恒星”天体 ， 与以上几类恒星都不同 。
此次发现的褐矮星食双星系统更为罕见 ， 这是人类历史上第三次发现这种系统 。 “所谓食双星 ， 是一种双星系统 ， 这类双星的轨道平面倾角刚好与我们的视线方向非常接近 ， 而轨道周期又相对较短 。 这样 ， 两颗伴星在相互绕转过程中 ， 会周期性地相互遮挡 。 ”张曾华说 ， 此次发现褐矮星食双星 ， 源于一次偶然的“邂逅”：科学家在一次观测中 ， 把一台望远镜对准了一颗已知的褐矮星 。 但突然之间 ， 这个天体似乎变暗了大约90分钟 ， 这表明刚刚发生了掩食 。 因此 ， 科学家很快意识到 ， 他们看到的可能是一对褐矮食双星 。
在银河系中 ， 褐矮星的数目大概只有恒星的五分之一 。 而且 ， 褐矮星的直径比恒星的更小 ， 因而发生掩食的概率更低 。 这也就导致它们难以被发现 ， 到目前为止 ， 我们只发现了三个褐矮星食双星系统 。
“这次发现的褐矮星食双星系统是这三者中最特别的 。 ”张曾华说 ， 首先是因为两颗伴星的光谱吸收线都可以直接观测到 ， 进而可以分别测量两者的径向速度 ， 所以能更准确地直接测量它们的质量和半径；其次 ， 在这个褐矮星食双星系统250个天文单位（一个天文单位为日地平均距离 ， 约为1.5亿千米）外 ， 还有一个已知的褐矮星伴星 ， 也就是说 ， 这是一个三褐矮星系统 。
张曾华向采访人员介绍说：“通过观测证实 ， 它们是一个共生星族的成员 ， 质量非常接近 ， 也很年轻 ， 就像是三胞胎 ， 年龄大约为4500万年 。 ”
并非人类的宜居地
褐矮星质量足够大 ， 却又没有稳定的氢核聚变 ， 这种奇怪的特征从一开始就引起了天文学家的关注 ， 将其视为理解恒星和行星形成过程的重要一环 。
对于褐矮星 ， 我们有着许多的疑问 ， 发现褐矮星有什么意义？褐矮星拥有自己的行星吗？这些行星是否宜居？
“过去我们对褐矮星的研究主要来自一些理论模型 ， 通过这次发现的褐矮星食双星系统 ， 我们就可以通过测量参数验证模型 。 ”张曾华说 ， 目前最先进的理论模型 ， 可以很好地拟合这个食双星系统中褐矮星的质量、半径和年龄等观测结果 。 但是 ， 通过理论模型计算出的光度却高于两颗褐矮星的实际观测值 。 这表明目前的理论模型需要改进对光度的计算值 。 而对于冷大气模型和低质量演化模型的修正 ， 也必然会影响我们对气态系外行星的研究 。
既然褐矮星拥有接近恒星的质量 ， 那么它的周围是否存在环绕的行星？科学家的回答是肯定的 。
“褐矮星虽然质量比较小 ， 但是周围也可以形成行星 。 ”张曾华告诉采访人员 。 2004年 ， 人类第一次通过直接成像观测发现的巨型系外行星 ， 其主星就是一颗年轻的褐矮星 。 2016—2017年 ， 天文学家在一颗超冷矮星TRAPPIST-1周围发现了7颗类地球岩石行星 ， 其中有3颗行星处于TRAPPIST-1的宜居带内 。
褐矮星和部分最小质量的恒星都被称为超冷矮星 ， 发现更多的超冷矮星及其周围的岩石行星 ， 将会丰富现有的系外行星样本种类 。 “有了参数覆盖范围更为广泛的系外行星样本 ， 我们就能更好地从多个角度去研究系外行星的大气特性和形成机制等 。 ”张曾华说 。


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