宇宙中的星星們有著“抱團取暖”的習慣,常常以雙星、多星的方式聚集在一起,通過萬有引力彼此牽連。比方說我們熟悉的天狼星就是一對雙星,最近還發現參宿四也可能是雙星,我們的鄰居比鄰星處在一個三星系統中,北斗七星中的開陽實際是個六星系統……然而最近 天文學家發現了一個罕見的四星系統,其中有兩個正常的恒星,還有 兩個 是“發育失敗”的準恒星。
這個恒星系統距離我們約 82 光年,被命名為 UPM J1040?3551 。它由四顆星組成,兩兩形成一對。較亮的一對是紅矮星,可見光波段下呈現橙色,但其實也不太亮,只有 14.6 等,比北極星暗 10 萬倍。不要感到奇怪,事實上所有的紅矮星都遠遠暗于肉眼的極限。根據慣例,這兩顆星的編號為 UPM J1040?3551 Aa 和 Ab,或者將這對雙星標注為 UPM J1040?3551 Aab。
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UPM J1040?3551 系統的藝術想象畫。右側前景為一對褐矮星。左方的亮點為一對紅矮星。這對褐矮星就在一條周期約為 10 萬年的軌道上繞紅矮星雙星運動。(來源:Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang)
讓天文學家感到驚奇的是,距離它們 1656 天文單位 以外的地方,還有另外兩顆星,一邊相互繞轉,一邊又環繞這對紅矮星運動,而完成一圈大概需要 100000 年 。相應的,將它們編號為 UPM J1040?3551 Bab。 它們更為暗弱,在可見光波段幾乎看不見,在近紅外波段,比那倆紅矮星還要暗上 1000 倍 !
4 顆恒星,兩種類型,主要輻射也處在不同波段,因此研究人員需要使用不同的設備獲取它們的光譜。首先使用 智利托洛洛山南方天體物理研究 (SOAR)望遠鏡上的古德曼光譜儀(Goodman spectrograph)獲得較亮的兩顆紅矮星的光譜,隨后再使用另一臺名為“三重光譜”(TripleSpec)的設備獲得了暗的兩顆星的光譜。分析表明,較亮的一對雙星都是 M 型紅矮星,溫度約為 3200 K,質量約為太陽的 17%。較暗的一對雙星溫度只有 820 K 和 690 K ,屬于 T 型褐矮星!這還是第一次發現一對褐矮星繞著一對紅矮星運動。
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對 UPM J1040?3551 系統的藝術想象畫(來源:Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang)
褐矮星是一類比較特殊的天體,因為如果跟恒星比,它們光度小、質量小、溫度低,但是跟行星比,又顯得比較重,溫度比較高。在 UPM J1040?3551 這個系統中,褐矮星的大小僅與木星相似,但質量估計是木星的 10-30 倍。事實上,如果質量僅僅是十幾個木星質量,完全可以被認為是“行星質量”天體。不過,褐矮星的溫度顯著大于行星,比較一下,木星的表面溫度只有約 165 K。
褐矮星的溫度之所以很低,是因為它的質量不足以引起核聚變,它被稱為“失敗的恒星”。同時,也正是由于沒有發生核聚變,褐矮星在發育過程中溫度會達到一個峰值,隨后便后進入冷卻過程。也就是說,當你測定一顆褐矮星的溫度,卻無法立刻知道它究竟是一個更年輕、質量更小的褐矮星,還是一個更年長且質量更大的褐矮星。如果沒有額外的信息,進一步開展研究就會遇到一些困難。
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置身于英仙座分子云中的 UPM J1040?3551 Bab 雙褐矮星的藝術想象畫(來源:Robert Lea (created with Canva))
現在,UPM J1040?3551 系統給了天文學家千載難逢的機會。因為我們比較容易獲得較亮的那對紅矮星的光譜,能夠得出它們的年齡在 3 ~ 20 億年之間。看上去跨度還是不小,但考慮到紅矮星的年齡在數百億年,因此它們毫無疑問是很年輕的。假定這個四星系統是同源的(通常而言應該是這樣的),那么那兩顆褐矮星也應該是年輕的。
這一罕見的四星體系統就好像一座天然的宇宙實驗室,幫助天文學家更好地理解褐矮星。未來,希望通過更高分辨率的相機和更靈敏的光譜儀,包括大型射電望遠鏡,進一步揭開其神秘的面紗。
參考資料:
[1] Royal Astronomical Society. Rare quadruple star system could unlock mystery of brown dwarfs (https://www.eurekalert.org/news-releases/1095140)
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