天上的星星那么多,在我们肉眼看来都依稀难辨,它们究竟有多大呢?它们中最小的恒星有多小呢?天文学家在宇宙已知范围内发现最小的恒星,如果它再小一点的话,可能就不能再成为一颗恒星了。
这颗恒星被名为2MASS J05233822-1403022,我们可以简称它为J0523。它的亮度仅有太阳的1/8000,直径仅有太阳的0.09倍——甚至比木星还要小!虽然它距离地球相当近,但是因为非常暗淡,你必须用大望远镜才能看到它——你用肉眼能够看到的最暗恒星,都要比J0523明亮100万倍!
那么,我们是如何确定它(可能)是最小的恒星呢?
由于这个界限没有那么明确和分明。它也受到其他因素的影响,包括恒星的年龄、恒星中“金属”的含量(天文学家把所有比氢和氦更重的元素都称为“金属”,这可能会让圈外的人感觉有一点困惑,但氢和氦目前仍是宇宙中含量最丰富的元素,而其他所有元素本质上都是一种“污染”),甚至还有恒星自转的速度。
所以,首先从恒星的定义来出发。
天文学家认为,恒星是质量大到足以在其核心处将氢元素聚变成氦元素的气态天体。我们的太阳可以做到这一点,因此它是一颗恒星。木星就不行,所以它不是。
我们认为,这个临界质量大约是太阳质量的0.07–0.077倍。如果质量超过这个范围,你就得到了一颗恒星。不到这个范围,那就成不了恒星。
但是,这个范围很宽泛。于是,为了确定恒星质量的下限到底在哪里,一个研究邻近恒星的天文学家团队决定,寻找逼近这一下限的超低质量恒星,以及那些质量明显低于下限的天体。后者我们称之为褐矮星。
关于恒星与褐矮星的对比,有件事情相当好玩。如果你往一颗恒星上增加质量,它会变得更热更大。这是因为,恒星核心处的聚变反应率对质量非常敏感。如果你增加一点质量,聚变反应率就会上升,于是温度也会上升,恒星会就膨胀一点。(毕竟,恒星本质上就是一团气体,加热气体时它就会膨胀。)
褐矮星就不同。它的核心已经被自身质量压实,却还不足以点燃核聚变。那里的物质处于一种古怪的量子力学状态,称为简并态。它的一个古怪特性就是,如果你往褐矮星上增加质量,它反而会缩得更小。
所以,这些天文学家做了一件非常聪明的事情。他们找到了63颗处在聚变临界质量附近的天体,根据大小和表面温度(温度本身取决于质量,但更容易直接测量)将它们画在一张表上。随着质量越来越小,恒星的温度会越来越低,半径也会越来越小,然而一旦跨过了临界质量,进入褐矮星的国度,温度越低(因而质量越低)的话,半径反而会越来越大。
他们画出了这些天体的属性,确实发现随着表面温度的下降,天体的半径也在缩小,直到出现一个最小值,然后又开始增大。这个最小值必定就位于普通恒星与褐矮星的边界之上。而且,他们发现J0523就位于这个边界上,就在边界的恒星那一侧。
在可见光波段,J0523即使在大望远镜中也暗到几乎会被忽视(白色箭头所指处)。不过在红外波段(插入图),它还是相当显眼的。正因为如此,我们才会认为,J0523是最小的恒星。它还是质量最小的恒星,也是温度最低的恒星。如果它的质量再小一点,它就不再是一颗恒星,而是一颗褐矮星了。
(责任编辑:王翔)
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(原文章信息:标题:已知恒星界中的最小恒星,作者:张雪,来源:未知,来源地址:)