科学家找到了宇宙中最小的恒星

UFO中文网

天文学家发现了最小的恒星，个头甚至比木星还要再小一点。图片来源：Steed，夜空中国

天文学家或许已经发现了已知最小的恒星。不只是已知的恒星里最小的一颗，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［这个复杂的名字表示，它是由2MASS项目（2-Micron All Sky Survey，2微米全天巡视）发现的，后面那串数字则是它在天空中的坐标——没错，天文学家起名字就是这么无趣］。它的亮度仅有太阳的1/8000，表面温度为1800℃（作个比较，太阳的表面温度为5600℃），直径仅有太阳的0.09倍——甚至比木星还要小！

实际上，这颗恒星离我们相当近，只有大约40光年，但因为非常暗淡，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？

为了回答这个问题，我们必须先定义什么是“恒星”。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。

事实证明，要想让这种核聚变反应发生，你必须把氢压缩到极致。行星自身的重力做不到这一点，但是如果你往一颗行星上堆积足够多的物质，随着核心压强和温度的上升，最终你总能点燃那里的氢核聚变。

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，这个范围也太宽了一点。如果能把范围再收窄一点，那就好了。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。图片来源： CDA Portal / 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

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。

不过需要提醒的是，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。

事实上，观测数据跟理论模型相比还是有些差异的，理论模型预言，临界质量对应的表面温度应该更低，接近1400℃才对。现在还不清楚，为什么这里会存在差异。这可能是前面提到的那些因素在起作用，也可能是观测样本存在未知的偏差。（老实说，63个天体在统计学上不算非常多，但这些天体都非常暗淡，很难找到更多不带偏差的样本；不过，这些天文学家正致力于寻找更多天体，以充实他们的样本库。）还有可能，我们对褐矮星核心物理过程的理解有一点偏差。在边界附近，事情总是很难搞。

考虑到所有这些不确定因素，质量比J0523更小的恒星也是有可能找到的。不过在那之前，J0523将是最小恒星的纪录保持者。

无论如何，有件事值得一提：就像之前提到的，一颗恒星的核聚变反应率取决于恒星的质量。质量越小，反应速度就越慢，氢燃料可以维持消耗的时间就越长。因此，J0523可以持续燃烧的时间要比太阳的寿命长久许多。事实上，哪怕再过上万亿年，这颗小小的恒星仍然会快乐地发出暗淡的光芒——那时，我们的太阳已经死去很久很久了。