世界上最小的恒星

世界上最小的恒星

　　你聽說過比木星還小的恒星嗎?趕緊跟著小編去科普世界上最小的恒星。

　　世界上最小的恒星

　　天文學家或許已經發現了已知最小的恒星。不只是已知的恒星里最小的一顆，就算在所有可能的恒星里，也很有可能是最小的。如果它再小一點的話，可能就不能再成為一顆恒星了。

　　這顆恒星被名為2MASS J05233822-1403022，我們可以簡稱它為J0523[這個復雜的名字表示，它是由2MASS項目(2-Micron All Sky Survey，2微米全天巡視)發現的，后面那串數字則是它在天空中的坐標——沒錯，天文學家起名字就是這么無趣]。它的亮度僅有太陽的1/8000，表面溫度為1800℃(作個比較，太陽的表面溫度為5600℃)，直徑僅有太陽的0.09倍——甚至比木星還要小!

　　實際上，這顆恒星離我們相當近，只有大約40光年，但因為非常暗淡，你必須用大望遠鏡才能看到它——你用肉眼能夠看到的最暗恒星，都要比J0523明亮100萬倍!

　　那么，我們是如何確定它(可能)是最小的恒星呢?

　　為了回答這個問題，我們必須先定義什么是“恒星”。天文學家認為，恒星是質量大到足以在其核心處將氫元素聚變成氦元素的氣態天體。我們的太陽可以做到這一點，因此它是一顆恒星。木星就不行，所以它不是。

　　事實證明，要想讓這種核聚變反應發生，你必須把氫壓縮到極致。行星自身的重力做不到這一點，但是如果你往一顆行星上堆積足夠多的物質，隨著核心壓強和溫度的上升，最終你總能點燃那里的氫核聚變。

　　我們認為，這個臨界質量大約是太陽質量的0.07–0.077倍。如果質量超過這個范圍，你就得到了一顆恒星。不到這個范圍，那就成不了恒星。

　　但是，這個范圍也太寬了一點。如果能把范圍再收窄一點，那就好了。于是，為了確定恒星質量的下限到底在哪里，一個研究鄰近恒星的天文學家團隊決定，尋找逼近這一下限的超低質量恒星，以及那些質量明顯低于下限的天體。后者我們稱之為褐矮星。

　　關于恒星與褐矮星的對比，有件事情相當好玩。如果你往一顆恒星上增加質量，它會變得更熱更大。這是因為，恒星核心處的聚變反應率對質量非常敏感。如果你增加一點質量，聚變反應率就會上升，于是溫度也會上升，恒星會就膨脹一點。(畢竟，恒星本質上就是一團氣體，加熱氣體時它就會膨脹。)

　　褐矮星就不同。它的核心已經被自身質量壓實，卻還不足以點燃核聚變。那里的物質處于一種古怪的量子力學狀態，稱為簡并態。它的一個古怪特性就是，如果你往褐矮星上增加質量，它反而會縮得更小。

　　所以，這些天文學家做了一件非常聰明的事情。他們找到了63顆處在聚變臨界質量附近的天體，根據大小和表面溫度(溫度本身取決于質量，但更容易直接測量)將它們畫在一張表上。隨著質量越來越小，恒星的溫度會越來越低，半徑也會越來越小，然而一旦跨過了臨界質量，進入褐矮星的國度，溫度越低(因而質量越低)的話，半徑反而會越來越大。

　　他們畫出了這些天體的屬性，確實發現隨著表面溫度的下降，天體的半徑也在縮小，直到出現一個最小值，然后又開始增大。這個最小值必定就位于普通恒星與褐矮星的邊界之上。而且，他們發現J0523就位于這個邊界上，就在邊界的恒星那一側。

　　在可見光波段，J0523即使在大望遠鏡中也暗到幾乎會被忽視(白色箭頭所指處)。不過在紅外波段(插入圖)，它還是相當顯眼的。圖片來源： CDA Portal / 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

　　正因為如此，我們才會認為，J0523是最小的恒星。它還是質量最小的恒星，也是溫度最低的恒星。如果它的質量再小一點，它就不再是一顆恒星，而是一顆褐矮星了。

　　不過需要提醒的是，這個界限沒有那么明確和分明。它也受到其他因素的影響，包括恒星的年齡、恒星中“金屬”的含量(天文學家把所有比氫和氦更重的元素都稱為“金屬”，這可能會讓圈外的人感覺有一點困惑，但氫和氦目前仍是宇宙中含量最豐富的元素，而其他所有元素本質上都是一種“污染”)，甚至還有恒星自轉的速度。

　　事實上，觀測數據跟理論模型相比還是有些差異的，理論模型預言，臨界質量對應的表面溫度應該更低，接近1400℃才對。現在還不清楚，為什么這里會存在差異。這可能是前面提到的那些因素在起作用，也可能是觀測樣本存在未知的偏差。(老實說，63個天體在統計學上不算非常多，但這些天體都非常暗淡，很難找到更多不帶偏差的樣本;不過，這些天文學家正致力于尋找更多天體，以充實他們的樣本庫。)還有可能，我們對褐矮星核心物理過程的理解有一點偏差。在邊界附近，事情總是很難搞。

　　考慮到所有這些不確定因素，質量比J0523更小的恒星也是有可能找到的。不過在那之前，J0523將是最小恒星的紀錄保持者。

　　無論如何，有件事值得一提：就像之前提到的，一顆恒星的核聚變反應率取決于恒星的質量。質量越小，反應速度就越慢，氫燃料可以維持消耗的時間就越長。因此，J0523可以持續燃燒的時間要比太陽的壽命長久許多。事實上，哪怕再過上萬億年，這顆小小的恒星仍然會快樂地發出暗淡的光芒——那時，我們的太陽已經死去很久很久了。