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Mar. 12 2025

失敗恆星的質量極限

  • 這張近紅外線影像來自韋伯太空望遠鏡,顯示火焰星雲的一部分,右側內框標示出三個極低質量天體,極有可能為棕矮星。這些天體的溫度遠低於原恆星,需要韋伯望遠鏡的高靈敏度的紅外線觀測才能偵測到。Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Meyer (University of Michigan)

    這張近紅外線影像來自韋伯太空望遠鏡,顯示火焰星雲的一部分,右側內框標示出三個極低質量天體,極有可能為棕矮星。這些天體的溫度遠低於原恆星,需要韋伯望遠鏡的高靈敏度的紅外線觀測才能偵測到。Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Meyer (University of Michigan)

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詹姆斯.韋伯太空望遠鏡近期在在距離地球約1400 光年的火焰星雲(Flame Nebula)中成功偵測到自由漂浮的低質量天體,即棕矮星(brown dwarf),也被稱為「形成失敗的恆星」。研究顯示,其形成的最低質量極限約為2倍木星質量。若此結果成立,意味著銀河系內不應該存在單獨形成且質量低於2倍木星質量的天體,除非它們原為行星,後來被拋射出母恆星系統。 這項研究對理解恆星與行星的形成機制具有重要意義。研究結果已發表於《ApJL》(De Furio et al. 2025)。

恆星與棕矮星皆起源於分子雲。當分子雲塌縮並碎裂為較小的碎塊時,這些碎塊可能進一步演化為個別星體。然而,最後只有核心收縮到足夠緻密且溫度足夠高的碎塊,才能點燃氫融合反應,成為真正的恆星。無法達到這一門檻的碎塊則持續塌縮,形成棕矮星,因此棕矮星被稱為「形成失敗的恆星」。由於棕矮星缺乏穩定的能量來源,會隨時間逐漸冷卻並變得極為昏暗,使得觀測變得困難。然而,在形成初期,它們仍具有較高的溫度與亮度,能透過紅外線觀測。韋伯望遠鏡憑藉其在紅外線卓越的靈敏度,突破過去探測極限,使天文學家得以首次深入統計火焰星雲內的棕矮星分布,並偵測到極暗弱、質量最低的天體。

理論上,分子雲的碎裂過程決定了棕矮星的質量下限,可能介於1至10倍木星質量之間。最新觀測發現,當質量低於10倍木星時,天體數量明顯減少,其中3倍木星質量的天體少於5倍木星,而2倍木星以下的天體則未被偵測到。韋伯的探測極限可達0.5倍木星質量,這一發現暗示棕矮星與行星的形成機制或許存在更明確的分界,即2倍木星質量。因此,銀河系內若存在自由漂浮的1倍木星質量天體,它們極可能原為行星,後來被行星系統拋射出去,而非獨立形成。

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研究團隊將持續利用韋伯望遠鏡的光譜儀,對火焰星雲內不同天體的性質進行更詳細的分析。目前,質量極低的棕矮星與巨行星的質量範圍仍有重疊,未來的工作重點在於釐清哪些屬於行星,哪些是極低質量的棕矮星,並進一步理解它們的形成機制。

 

資料來源:WEBB

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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