J0523或許是最小的恒星,,不只是已知的恒星里最小的一顆,,就算在所有可能的恒星里,也很有可能是最小的,。如果它再小一點(diǎn)的話,,就不能再成為一顆恒星了。
這顆恒星被名為2MASS J05233822-1403022,,我們可以簡稱它為J0523,,它的亮度僅有太陽的1/8000,表面溫度為2251℃(作個(gè)比較,,太陽的表面溫度為5505℃),,直徑僅有太陽的0.09倍——甚至比木星還要小,!
實(shí)際上,,這顆恒星離我們相當(dāng)近,只有大約40光年,,但因?yàn)榉浅0档?,你必須用大望遠(yuǎn)鏡才能看到它——你用肉眼能夠看到的最暗恒星,都要比J0523明亮100萬倍!
那么,,我們是如何確定它(可能)是最小的恒星呢,?
為了回答這個(gè)問題,我們必須先定義什么是“恒星”,。天文學(xué)家認(rèn)為,,恒星是質(zhì)量大到足以在其核心處將氫元素聚變成氦元素的氣態(tài)天體。我們的太陽可以做到這一點(diǎn),,因此它是一顆恒星,。木星就不行,所以它不是,。
事實(shí)證明,,要想讓這種核聚變反應(yīng)發(fā)生,你必須把氫壓縮到極致,。行星自身的重力做不到這一點(diǎn),,但是如果你往一顆行星上堆積足夠多的物質(zhì),隨著核心壓強(qiáng)和溫度的上升,,最終你總能點(diǎn)燃那里的氫核聚變,。
我們認(rèn)為,這個(gè)臨界質(zhì)量大約是木星質(zhì)量的77倍,。如果質(zhì)量超過這個(gè)范圍,,你就得到了一顆恒星。不到這個(gè)范圍,,那就成不了恒星,。
如果你往一顆恒星上增加質(zhì)量,它會(huì)變得更熱更大,,這是因?yàn)?,恒星核心處的聚變反?yīng)率對質(zhì)量非常敏感。如果你增加一點(diǎn)質(zhì)量,,聚變反應(yīng)率就會(huì)上升,,于是溫度也會(huì)上升,恒星會(huì)就膨脹一點(diǎn),;褐矮星就不同,。它的核心已經(jīng)被自身質(zhì)量壓實(shí),卻還不足以點(diǎn)燃核聚變,。那里的物質(zhì)處于一種古怪的量子力學(xué)狀態(tài),,稱為簡并態(tài)。它的一個(gè)古怪特性就是,,如果你往褐矮星上增加質(zhì)量,,它反而會(huì)縮得更小,。
所以,這些天文學(xué)家做了一件非常聰明的事情,。他們找到了63顆處在聚變臨界質(zhì)量附近的天體,,根據(jù)大小和表面溫度(溫度本身取決于質(zhì)量,但更容易直接測量)將它們畫在一張表上,。隨著質(zhì)量越來越小,,恒星的溫度會(huì)越來越低,半徑也會(huì)越來越小,,然而一旦跨過了臨界質(zhì)量,,進(jìn)入褐矮星的國度,溫度越低(因而質(zhì)量越低)的話,,半徑反而會(huì)越來越大,。
他們畫出了這些天體的屬性,,確實(shí)發(fā)現(xiàn)隨著表面溫度的下降,,天體的半徑也在縮小,直到出現(xiàn)一個(gè)最小值,,然后又開始增大,。這個(gè)最小值必定就位于普通恒星與褐矮星的邊界之上。而且,,他們發(fā)現(xiàn)J0523就位于這個(gè)邊界上,,就在邊界的恒星那一側(cè)。
在可見光波段,,J0523即使在大望遠(yuǎn)鏡中也暗到幾乎會(huì)被忽視(白色箭頭所指處),。不過在紅外波段(插入圖),它還是相當(dāng)顯眼的,。
正因?yàn)槿绱?,我們才?huì)認(rèn)為,J0523是最小的恒星,。它還是質(zhì)量最小的恒星,,也是溫度最低的恒星。如果它的質(zhì)量再小一點(diǎn),,它就不再是一顆恒星,,而是一顆褐矮星了。
不過需要提醒的是,,這個(gè)界限沒有那么明確和分明,。它也受到其他因素的影響,包括恒星的年齡,、恒星中“金屬”的含量(天文學(xué)家把所有比氫和氦更重的元素都稱為“金屬”,,這可能會(huì)讓圈外的人感覺有一點(diǎn)困惑,,但氫和氦目前仍是宇宙中含量最豐富的元素,而其他所有元素本質(zhì)上都是一種“污染”),,甚至還有恒星自轉(zhuǎn)的速度,。
事實(shí)上,觀測數(shù)據(jù)跟理論模型相比還是有些差異的,,理論模型預(yù)言,,臨界質(zhì)量對應(yīng)的表面溫度應(yīng)該更低,接近1400℃才對?,F(xiàn)在還不清楚,,為什么這里會(huì)存在差異。這可能是前面提到的那些因素在起作用,,也可能是觀測樣本存在未知的偏差,,還有可能,我們對褐矮星核心物理過程的理解有一點(diǎn)偏差,。在邊界附近,,事情總是很難搞。
考慮到所有這些不確定因素,,質(zhì)量比J0523更小的恒星也是有可能找到的,。不過在那之前,J0523將是最小恒星的紀(jì)錄保持者,。
無論如何,,有件事值得一提:就像之前提到的,一顆恒星的核聚變反應(yīng)率取決于恒星的質(zhì)量,。質(zhì)量越小,,反應(yīng)速度就越慢,氫燃料可以維持消耗的時(shí)間就越長,。因此,,J0523可以持續(xù)燃燒的時(shí)間要比太陽的壽命長久許多。事實(shí)上,,哪怕再過上萬億年,,這顆小小的恒星仍然會(huì)快樂地發(fā)出暗淡的光芒——那時(shí),我們的太陽已經(jīng)死去很久很久了,。