失敗恒星的“第二次機會”

褐矮星是一類質(zhì)量介于行星和恒星之間，約為木星質(zhì)量的13到80倍的天體。在恒星世界，它們常被貼上“失敗恒星”的標簽，原因是盡管它們的形成過程與普通恒星無異，即源自于星際氣體和塵埃云中大片過于致密的物質(zhì)區(qū)域發(fā)生塌縮，但它們未能從這些云中積累到足夠的質(zhì)量，從而無法在核心觸發(fā)氫聚變?yōu)楹さ?strong>核聚變過程。因此，它們也比其他的恒星同類暗得多、冷得多。

太陽、一顆小質(zhì)量恒星、一顆褐矮星、木星和地球的相對大小。（圖/NASA, ESA, SDO, NASA-JPL, Caltech, A.Simon (NASA-GSFC); Designer: E. Wheatley (STScI)）

現(xiàn)在，在一項新發(fā)表于《天體物理學期刊》的研究中，一個研究團隊發(fā)現(xiàn)了一對彼此繞轉(zhuǎn)的褐矮星，它們正在共同對抗這種“失敗”：其中一顆褐矮星正主動從另一顆褐矮星那里吸取物質(zhì)——這意味著它們最終可能并合形成一顆新的恒星，亦或者吸取物質(zhì)的那顆褐矮星獲得足以在核心觸發(fā)核聚變所需的質(zhì)量，并成為一顆真正的恒星。

一對藏在暗處的奇特雙星

由于褐矮星十分暗弱且難以探測，天文學家并不確定它們究竟有多常見。但據(jù)估計，銀河系中可能多達有1000億顆褐矮星。和其他恒星一樣，這數(shù)十億顆褐矮星中有許多也是成雙成對存在的。

新發(fā)現(xiàn)的這對褐矮星被命名為ZTF J1239+8347，研究人員是在檢索了帕洛馬天文臺的茨威基暫現(xiàn)源設施（ZTF）捕獲的觀測數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)的。研究人員發(fā)現(xiàn)ZTF J1239+8347每隔57.41分鐘就會發(fā)生一次顯著的亮度變化。進一步的分析顯示，這是一對彼此極近距離繞轉(zhuǎn)的暗弱褐矮星。事實上，整個系統(tǒng)都可以容納在地球與月球之間的距離之內(nèi)。它們的質(zhì)量大約是木星質(zhì)量的60到80倍，位于大熊座方向，距離地球約1000光年。

觀測顯示，它們正處于一種穩(wěn)定的質(zhì)量轉(zhuǎn)移關系之中。研究人員在輸質(zhì)褐矮星的表面識別出一個熱點，它會隨著這對天體彼此繞轉(zhuǎn)而移動。

質(zhì)量轉(zhuǎn)移與兩種可能的結(jié)局

研究人員并不確定這兩個暗弱的天體最初是如何靠近的。但他們懷疑，一種可能的解釋是，這兩顆“失敗恒星”原本來自不同的系統(tǒng)，后來在第三顆恒星引力作用下，從原本分離的系統(tǒng)中被拉進并推到了一起。一旦開始彼此環(huán)繞，它們就開始逐漸地螺旋式地越靠越近，直到其中一顆褐矮星在另一顆的引力影響下體積膨脹，密度變得越來越低。

ZTF J1239+8347是一對每57.41分鐘彼此繞轉(zhuǎn)一周的褐矮星。質(zhì)量較小的那顆不斷將物質(zhì)轉(zhuǎn)移到質(zhì)量較大的那一顆表面，形成一個明亮的藍色熱點，這個熱點又被強風拉伸成一條帶狀結(jié)構(gòu)。ZTF最初正是通過一個振蕩的光變曲線發(fā)現(xiàn)這對天體的；每隔一小時，當這對天體繞轉(zhuǎn)時，這個熱點就會轉(zhuǎn)入ZTF的視野，使整個系統(tǒng)顯得更亮。（視頻/Caltech/R. Hurt (IPAC)）

研究人員表示，當一顆天體的引力被另一顆壓過時，物質(zhì)就會開始從密度較低的那顆流向密度較高的那顆，這就像物質(zhì)通過一個“噴嘴”剝落流出一樣。這個“噴嘴”會將物質(zhì)從一顆褐矮星導向另一顆上的一個固定位置，該位置隨后升溫，并發(fā)出藍光和紫外光。隨著這兩顆褐矮星彼此繞轉(zhuǎn)，這個熱點的轉(zhuǎn)動導致了ZTF所觀測到的周期性光變曲線。

另外，研究人員還提出ZTF J1239+8347有兩種可能的結(jié)局：在一種情形下，這顆正在吸積的褐矮星會繼續(xù)獲得質(zhì)量，直到其質(zhì)量大到足以進行氫聚變。屆時，它將成為一顆主序星。另一種情形是，這對天體最終將并合，變成一個天體。這同樣會產(chǎn)生一顆質(zhì)量更大的主序星。

無論是哪種情況，這對“失敗恒星”都將得到第二次機會，創(chuàng)造出一顆明亮的新恒星。

不同尋常的發(fā)現(xiàn)

這是非同尋常的發(fā)現(xiàn)，因為盡管雙星之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移并不是一個神秘的過程，但那都是發(fā)生在質(zhì)量大得多的恒星天體之間，例如白矮星，在褐矮星上發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象還是首次。

由于這對新發(fā)現(xiàn)的天體既暗弱又靠近地球，研究人員預計，或許還存在很多類似的系統(tǒng)等待被發(fā)現(xiàn)。他們期待，薇拉·魯賓天文臺或?qū)⑻綔y到數(shù)十個這樣的天體。屆時，研究人員將能更好地了解這一類天體，并弄清它究竟有多常見。

#參考來源：

https://www.caltech.edu/about/news/how-two-dim-stars-came-together-to-shine-brightly

https://www.space.com/astronomy/stars/scientists-find-2-failed-stars-that-may-have-a-second-chance-to-shine-bright-by-getting-together

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae486e

https://www.universetoday.com/articles/this-pair-of-brown-dwarfs-cant-get-enough-of-each-other

#圖片來源：

封面圖&首圖：Caltech/R. Hurt (IPAC)