褐矮星的大氣層是什麼樣的？在6.5光年以外，科學家看到了答案
2023-03-29 20:59:09
根據科學家的分析，由氫和氦組成的天體能否成為恆星取決於它的質量。
如果質量足夠大，天體可以經歷氫融合，從而點燃自己成為一顆恆星，如太陽。如果質量太小而無法引發氫聚變，它只會變成一顆行星，比如木星。
然而，在恆星和行星之間還有一個過渡物體——褐矮星。
褐矮星
目前，科學家認為主要由氫和質量是木星13倍但不到8%的太陽組成的天體將會變成棕矮星。它們不夠大，無法自發進行氫聚變反應，因此也被稱為失敗恆星。對他們來說，氘最多只能進行聚變反應。然而，氘聚變沒有氫那麼強烈，所以棕矮星通常很弱，表面溫度不會超過3000攝氏度。
同時，因為氘的量沒有氫的量大，一般來說，一顆褐矮星可以燃燒1億年，達到它的極限，然後陷入沉默。那時，棕矮星看起來就像一個巨大的木星。
一般來說，棕矮星分為L型棕矮星和T型棕矮星。其中，L型褐矮星的溫度在1200至2000攝氏度之間，其性能接近紅矮星。T型褐矮星的溫度低於1200攝氏度，在光譜上更接近一顆巨大的行星。此外，科學家還將根據光譜和其他特徵將棕矮星分為9個亞類，從0(最高溫度)到8(最低溫度)。
從恆星或行星的角度來看，棕矮星既不是魚也不是鳥。然而，作為恆星和行星之間的重要紐帶，棕矮星的獨特性質可以使我們對這些天體有更深入的了解。因此，棕矮星是科學家的重要研究對象。
雙棕矮星
到目前為止，我們還沒有發現許多棕矮星。然而，在2013年，科學家發現了一個令人興奮的褐矮星——嚴格來說，這是一個罕見的雙褐矮星系統:魯曼16。
盧曼16是自1916年巴納德星(6光年)被確認以來，科學家們發現的最近的恆星系統。它離我們只有6.5光年，離最近的比鄰星只有一半的距離。
在2010-2011年間，賓夕法尼亞州立大學系外行星和宜居世界中心的研究員凱文·魯曼在寬視場紅外探測器(WISE)的圖像中發現了棕矮星，並於2013年向世界宣布了他的發現。棕矮星也以發現者的名字命名。
(圖片描述:由WISE拍攝的Luhman 16圖像)
根據觀察，魯曼16A的光譜類型是L7.5(如果你還記得我們剛剛介紹的分類方法)，它的質量是木星的33.5倍。盧曼16B的光譜類型是0.5，其質量是木星的28.6倍。這兩個棕矮星以3.5天文單位的距離圍繞著彼此旋轉，旋轉周期為27年。
棕矮星是科學家們關注的焦點。罕見的棕矮星能引起科學家的興趣，如此近距離的觀測為我們提供了極好的機會。因此，魯曼16系統無疑成為科學家們關注的焦點。
極化測定
儘管6.5光年在天文學上可以忽略不計，足以躋身太陽系十大恆星之列，但人類仍然很難觀察到它。即使在半人馬座比鄰星，我們也看不清楚，更不用說這兩個更暗的棕矮星了。
(圖片描述:由WISE拍攝的Luhman 16圖像)
最近，加州理工學院的天文學家麥克斯韋·米勒·布朗夏爾和他的同事利用智利歐洲南方天文臺的超大型望遠鏡陣列(VLT)，試圖通過偏振測量對盧曼16A進行前所未有的詳細觀測，以更好地了解棕矮星表面的氣體和雲。
極化是波的一種特殊效應，大致可以理解為波振動方向的屏蔽機制。它廣泛應用於現實生活中，比如我們通常看的3D電影，偏光太陽鏡等等。偏振測量法也是檢測橫波的一種非常有效的手段，其中最常用的是包括可見光在內的電磁波。在物理學中，由於光在不同的介質中有不同的偏振結果，偏振測量也應用於軍事和其他領域。
偏振技術已經應用於天文學很長時間了。它被稱為「天文學家的太陽鏡」，可以幫助科學家通過偏振結果判斷天體表面是均勻的還是有起伏的。然而，以往的檢測和分析技術並不完善，因此應用效果不是很好。隨著偏振技術的不斷發展，它逐漸開始受到科學家的重視，並被賦予了新的生命。
「偏振測量是一門極其困難的藝術，」加州理工學院和噴氣推進實驗室的天文學家迪米特裡·馬維特(Dimitri Mawet)說，「但新技術和數據分析方法使它比以往任何時候都更加精確和靈敏，並使得對超大質量黑洞、新生或垂死恆星、褐矮星和系外行星，甚至太陽系中的天體的突破性研究成為可能。 ' '
這一次，米勒-布蘭查爾將這一方法應用於觀察系統外的天體，這可以探測到褐矮星魯曼16A的表面狀態。
通過偏振測量看到的盧曼16A
觀察結果表明，信號不完全均勻，但有些部分較強。他們推測魯曼16A的表面可能有雲帶。當然，即使這個方法很精緻，對今天的人類來說，直接觀察其他恆星的表面仍然是不可能的。因此，這種推測只能通過其他方法來檢驗。
因此，在使用偏振測量之後，米勒-布蘭查爾等人用計算機建立了一個模型，看看哪個褐矮星模型可以使用偏振測量來獲得相同的結果。有趣的是，與實際觀測相符的模擬褐矮星有兩條永久的厚雲帶。在太陽系中，我們也見過這樣的天體——木星。不僅如此，模擬中的褐矮星的表面雲也會非常湍急，其能量甚至可能比木星還大。
(圖片說明:盧曼16A虛像，圖中波段由偏振測量結果模擬，後面的紅色天體是盧曼16B)
事實上，在對棕矮星的研究開始時，科學家們認為，在氘聚變反應期間，棕矮星不會有大量雲這樣的天氣。這一次，我們對褐矮星有了新的理解。
「偏振測量是目前唯一能夠觀測天體雲帶的技術，即使亮度繼續波動，」米勒-布蘭查爾說，「這是在魯曼16A上找到雲帶的關鍵。」'
不僅如此，他們還利用這次的測試結果進行了更多的推測。望遠鏡科學研究所的天文學家朱利安·吉拉爾說:「我們相信，在這些風暴中，一些物質，如矽酸鹽或氨，可能會像雨一樣落到棕矮星的表面。事實上，天氣相當糟糕。」
摘要
就在上個月，另一組天文學家探測到另一顆褐矮星，34光年外的2MASS J10475385+2124234，以及一場表面速度超過每小時2293公裡的恐怖風暴，比木星表面快7倍。
正如我們之前所說，一些棕矮星看起來像大木星，至少從大氣環境來看是這樣的。
隨著科學技術的發展，科學家們會越來越了解這些神秘的天體。一些人先前推測銀河系中至少有100億顆棕矮星。對這些天體的研究對我們來說非常重要。今天，我們知道棕矮星表面會下什麼樣的雨。我相信將來我們會發現更多的信息。即使這個天體能生出生命，我們也能知道——但從現在開始，這種可能性有點小...
