一支使用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的团队发现了一颗有史以来记录到的最小的自由漂浮褐矮星以及另外两颗“失败之星”。它们位于一个距离地球仅 1000 光年的星团中，与母恒星无关。这些发现于 12 月 13 日发表在《天文学杂志》上，可能有助于天文学家更好地确定恒星和行星之间的界限。
[相关：一颗木星大小的矮星燃烧温度只有篝火的一半。]
失败之星
褐矮星是比行星质量大，但又不像恒星那么大的天体。它们形成的方式与恒星相似，变得足够致密以在自身引力作用下坍缩，但它们从未变得足够致密和炽热以开始聚变产生形成恒星所需的氢。这就是它们获得“失败之星”这一昵称的原因。
JWST 发现的褐矮星的质量约为木星质量的八倍。与此同时，这些恒星中最小的质量约为木星质量的三倍，这挑战了关于这些天体如何形成的现有理论。天文学家正在使用 JWST 尝试确定能够以类恒星方式形成的最轻天体是什么。
“天文学教科书里都有一个基本问题：最小的恒星是什么？我们正在尝试回答这个问题，”该研究的合著者、宾夕法尼亚州立大学天文学家凯文·卢曼（Kevin Luhman）在一份声明中说。
搜寻天空
卢曼和他的同事卡特琳娜·阿尔维斯·德·奥利维拉（Catarina Alves de Oliveira）以星团 IC 348 开始他们的搜寻。这个星团位于英仙座恒星形成区，距离约 1000 光年。星团 IC 348 相对年轻，只有大约 500 万年的历史。由于其年龄，任何存在的褐矮星仍然在红外光下相对明亮，并因形成时的热量而发光。
他们使用 JWST 的近红外相机 (NIRCam) 对星团中心进行成像，以根据亮度与颜色识别任何褐矮星候选者。然后，他们使用望远镜近红外光谱仪 (NIRSpec) 上的微快门阵列来观测最有潜力的目标。JWST 对红外光的敏感性使得该团队能够探测到比地面望远镜更暗淡的天体。
他们将星团范围缩小到三个可能的候选者。所有这些恒星的质量在三个到八个木星质量之间，表面温度在 1500 到 2800 华氏度之间。根据该团队的计算机模型，最小的候选者的大小仅为木星的三到四倍，可以为恒星形成过程提供线索。
[相关：两颗微小恒星的轨道比我们的太阳还小。]
“目前的模型很容易在恒星周围的盘状结构中形成巨行星，”该研究的合著者、欧洲航天局 (ESA) 的天文学家 Catarina Alves de Oliveira 在一份声明中说。“但在该星团中，这个天体不太可能在盘状结构中形成，而是像恒星一样形成，而三个木星质量比我们的太阳小 300 倍。因此，我们必须问，恒星形成过程在如此非常非常小的质量下是如何运作的？”
一种奇怪的分子
微小的褐矮星还可以帮助天文学家更好地了解系外行星，因为最小的褐矮星与已知最大的系外行星在质量上有所重叠。虽然通常预计它们会具有一些相似的特性，但自由漂浮的褐矮星比巨型系外行星更容易研究。其主恒星的眩光通常会掩盖巨型系外行星，使其更难观测。
该研究中的两颗褐矮星还发现了某种未知的碳氢化合物的证据，这是一种由氢原子和碳原子组成的分子。NASA 的卡西尼号任务在土星及其卫星泰坦的大气层以及恒星之间的气体中检测到了相同的红外信号。
“这是我们首次在太阳系外天体的大气层中检测到这种分子，”Alves de Oliveira 说。“褐矮星大气层的模型并不预测它的存在。我们正在观测比以往任何时候都年轻、质量都低的物体，并且我们看到了新的、意想不到的东西。”
恒星还是行星的身份危机
问题依然存在，褐矮星应被视为恒星还是被行星系统驱逐的流浪行星。该团队认为，本研究中的褐矮星最可能是褐矮星，而不是被驱逐的行星。
尽管无法完全排除流浪行星的说法，但可能性不大。星团 IC 348 中的大多数恒星都是低质量的，该团队认为它们不太可能产生巨大的行星。这个星团在 500 万年的存在时间内，可能也没有足够的时间让气态巨行星形成并从其行星系统中被驱逐。
寻找更多类似褐矮星的天体可能有助于澄清它们是恒星还是行星的地位。一些理论认为，流浪行星更有可能在星团的边缘被发现。扩大搜索范围可能揭示它们是否存在于 IC 348 中。未来的研究还可以进行更长时间的巡天观测，以探测更暗淡、更小的天体。
