JWST意外发现21颗褐矮星

当您发射人类最强大的望远镜时，您会期待结果。JWST通过探测古代星系、识别系外行星大气中的化学物质以及比任何其他望远镜更详细、更清晰地观察恒星形成区域，取得了出色的成果。

但每次新望远镜即将投入使用时，天文学家都会告诉我们，他们不仅对预期结果感到兴奋，而且对令人惊讶的结果感到兴奋。与其他望远镜一样，JWST也带来了一些惊喜。在开展业务时，JWST发现了21颗褐矮星。

褐矮星是“中间”天体。他们有时被称为“失败的明星”。它们的质量比气态巨行星大，但比恒星小。它们的质量从未长到足以引发氢聚变，而氢聚变是主序星的标志。

棕矮星可能看起来不太有趣。它们不是行星，也不是恒星。但它们是自然的一部分，因此它们以某种方式融入了事物的宏伟计划。

有科学理由想要更多地了解它们。一篇新论文的作者解释说：“选择和表征这些来源对于探索恒星初始质量函数、理解双星演化以及增加对可能存在宜居行星的恒星的普查至关重要。”

这篇论文是“JADES和CEERS河外巡天中的褐矮星候选者”，可在arXiv预印本服务器上获取。主要作者是斯图尔特天文台助理研究教授凯文·海恩莱恩(KevinHainline)。

棕矮星发出的大部分光都是红外线，而JWST专门负责传感。但即使对于强大的JWST来说，褐矮星仍然很难被发现。这21颗新褐矮星是在JWST进行的两项不同调查的数据中发现的，这两项调查并不关注褐矮星：JADES和CEERS。

JADES是JWST高级深河外巡天，CEERS是宇宙演化早期发布科学巡天。这两项调查都集中在遥远的古老星系，这是JWST的主要科学目标之一。新的褐矮星隐藏在他们的所有数据中。

由于褐矮星的位置，这些发现很重要。我们所知道的大多数褐矮星都位于我们的恒星附近，因为那是它们最容易看到的地方。但这是一个问题，因为当天文学家想要研究某些东西时，他们需要一个好的、有代表性的样本。他们无法从全部来自星系某一区域的样本中得出任何可靠的结论。

作者写道：“扩展这些样本至关重要，因为这些距离的褐矮星有助于我们了解银河系恒星形成的历史。”新发现的21颗褐矮星大部分位于银河系的厚盘和光环中。它们的速度在0.1到4.2kpc之间，距离大约360光年到13,700光年。

褐矮星太大，不能成为行星，但质量又不足以成为恒星。图片来源：NASA/JPL-Caltech

这项研究的一些结果表明，我们对褐矮星的了解还有很多。我们缺乏知识不应令人惊讶。褐矮星首次被理论上存在于20世纪60年代，但直到20世纪90年代中期才首次被明确探测到。天体物理学家仍在弄清楚它们的定位。

一些褐矮星的位置，尤其是银河晕中的褐矮星，与我们认为的星系形状不一致。研究人员写道：“虽然大多数源头位于厚圆盘中，但我们确实发现了四个可能位于银河系光环中的源头。”“这些来源与星系模板模型不太吻合。”它们的大气光谱也不太适合当前的模型。

研究小组在JADES和CEERS数据的第一年就发现了这些褐矮星。因此，他们将来可能会发现更多，特别是因为这项工作展示了不同的JWST过滤器如何使棕矮星被发现。但真正的乐趣可能会在未来开始。作者解释说：“考虑到它们在银河系中的位置，这些来源为利用有针对性的JWSTNIRSpec光谱进行后续观测提供了令人兴奋的机会。”

就在最近，《天体物理学杂志快报》上的一项研究首次提出了JWST对褐矮星的定向观测。该研究的标题是“Y矮星的第一个JWST光谱能量分布”(褐矮星的光谱类型为M、L、T和Y。)这些观测结果提出了一些与理论相冲突的结果。

作者写道：“这个来源对理论模型提出了挑战，证明了增加光谱探索的这些来源数量的重要性。”因此，使用JWST的NIRSpec和MIRI仪器检查更多的褐矮星至关重要。

褐矮星仍然是难以捉摸的目标。与主序恒星相比，它们非常微弱，质量也非常低。有些星体的质量可能是木星的80倍，尽管它们的半径都与木星相同。这对明星来说太小了。然而，找到更多的它们并更详细地研究它们对于理解恒星和行星如何形成至关重要。幸运的是，天文学家即将发现更多这样的物体，并将开始填补他们的知识空白。

这21颗褐矮星是在河外调查中发现的。这些调查的目的是探测银河系以外的物体并避免恒星污染。这给我们带来了一次愉快的意外。

“虽然河外深场被设计为指向我们银河系平面之外，以最大程度地减少恒星污染，但使用JWST深度观测来收集这些源对厚盘外的天体种群具有影响，这些天体可能是最金属的星盘之一。-在银河系的这些温度下，贫穷且最古老的恒星，”论文指出。

关于褐矮星还有许多悬而未决的问题。当一颗恒星形成时，它会像任何其他恒星一样形成一个圆盘。可以合理地假设行星在圆盘中形成，就像在其他恒星周围一样。但褐矮星的圆盘比其他恒星周围的圆盘质量小得多，半径也小得多。这应该有利于像地球这样的类地行星而不是气态巨行星的形成。但如果情况确实如此，只有观察才能得出结论。

棕矮星既不是恒星也不是行星，它们的演化可能非常奇怪。天体物理学家认为，当褐矮星形成后约1亿至5亿年冷却时，其大气层中会发生奇怪的事情。有可能形成石英和其他矿物的尘埃云。

这篇论文的作者显然期待着即将到来的褐矮星探测过剩。据估计，银河系中有250亿到1000亿颗褐矮星。我们还处于完成褐矮星普查的早期阶段，随着天文学家发现越来越多的褐矮星并对它们进行研究，我们将了解它们在自然界中的位置。

“我们预计，未来几年发现的大量褐矮星候选者将揭示我们银河系恒星和行星形成的历史。”