1995 年10 月6 日,這是科學史上重要的一天,因為天文學界搞出了一件大新聞。天文學家迪迪埃-奎洛茲與米歇爾-麥耶宣布,他們在太陽系外發現了一顆行星,這顆名為飛馬座51b 行星的出現
飛馬座51b
就此揭開了人類太空探索新的篇章。時至今日天文學家已經在廣袤的宇宙中,發現了3000 餘顆系外行星,這其中有氣態巨行星,有類地行星,有些行星呈粉紅色,有的則由鑽石構成,我們還發現了10 餘顆處於宜居帶的行星,但是所有這些非凡的成就,卻遮蔽了另一個更具顛覆性意義的發現。當世人的目光全被這些系外行星所吸引時,另一種更加違背常識的天體,出現在了太空望遠鏡的視野中,就在1995 年第一顆系外行星發現的數星期後,這顆星如其名的低調天體便出現了,它就是「褐矮星」。
褐矮星
這是一類全新的天體,體型中等,小於恆星、大於行星,起初天文學家認為這只是宇宙大家庭中的一個新成員而已,個頭介於氣態巨行星與恆星之間。但是事情卻並不像人們想像的那樣簡單,可以說人類用了好幾個世紀的時間,才最終接受了太陽系只不過是宇宙中,不計其數的星系之一的事實,在這之後我們便認為,一顆恆星位於星系中央,數個行星在軌道上繞轉的星系模式,是放諸四海而皆準的,但是褐矮星的出現顛覆了我們的認知。
觀測發現,在一些存在褐矮星的星系中,褐矮星與太陽一樣位於星系的中心,周圍圍繞著數顆行星,比如科學家曾在飛魚座,發現了一顆距離太陽63 光年的褐矮星,這哥們就像一顆恆星一樣,位於所在星系的中央,但是它的大氣溫度只有30℃。沒有帶電的噴射物,也沒有沸騰的等離子體,取而代之的或許是清風和雲團,還有一顆距離太陽13 光年的位於麒麟座的褐矮星。它似乎被包裹在了濃濃的甲烷和水蒸汽中,也就是說那裡甚至有水的存在
褐矮星大氣(假想)
另外還有一些星系,則是褐矮星與行星一起,圍繞著中心恆星進行著公轉。比如在繪架座中,一顆褐矮星就圍繞著兩顆紅色的小型恆星轉動
褐矮星的質量達到的恆星的十分之一,還比如在天鷹座中的一顆褐矮星,它圍繞著中央的黃巨星旋轉,但其質量之龐大,超出了我們對於行星的認識。那麼問題就來了,如此一來褐矮星究竟是行星還是恆星呢,如果褐矮星是行星,那麼我們就發現了行星圍繞中心行星運轉的星系,而如果褐矮星是恆星的話,那麼就說明,恆星也並不一定就位於星系的中心。而是也可以像行星一樣,圍繞著一顆恆星進行著公轉,這些都對我們現今的星系模型構成了極大的挑戰。因為我們實在沒有描述這樣星系狀態的模型,那麼褐矮星究竟是恆星還是行星呢?
我們知道,行星和恆星的構成成分是完全不一樣的,行星不管內核大小,它都是以巖石為核心的,而且行星不會發光,質量最多是木星的幾倍大小,而恆星就是一團等離子體,它們會發射出波長不一的電磁波,質量至少為土星的80 倍。另外行星和恆星的形成方式也是截然不同的,恆星誕生於氣體雲中,當氣體雲的質量接近太陽時,也就是所謂的「金斯質量」它就會在自身引力的作用下發生坍縮。
恆星誕生
最終無比緻密的核心便催生出了一個,能夠通過原子核聚變產生能量,並以光的形式釋放能量的天體。而對於行星來說,它們的前身是恆星形成後,圍繞恆星旋轉的剩餘物質,這些宇宙塵埃互相碰撞、聚集,最後形成了以巖石為內核的星體。
原行星盤
當然了每顆行星會因為自身質量的不同,或多或少地吸引周圍的氣體,或是成為了氣態巨行星,或是成為了較小的類地行星,所以無論是形態、構成,還是所處的位置,恆星與行星都存在著根本性的區別。
恆星生於坍縮,行星則來自於吸積,先有恆星,後有的行星,恆星地處中央,行星散布四周,其實對於行星與恆星中間態的考量。早在上世紀六七十年代便開始,天體物理學家的計算表明,如果一團質量較小的氣體雲發生坍縮,那麼其內核溫度有可能達不到300 萬攝氏度的閾值。在這種情況下,氫核聚變將只是一種局部現象,不會涉及整個內核,所有沒有什麼可以阻止氣體繼續壓縮,如此一來,內核物質的密度便會不斷增大,電子互相靠攏,使得內核溫度降低,這樣便逐漸形成了一個內核中不產生核聚變的穩定天體,它一方面有著近似恆星的密度和溫度,但卻不能像恆星一樣發光,另一方面,它又是一個不折不扣的氣態巨行星般的「氣球」,但卻會產生零星的核聚變,釋放出微弱的光線。總之這就是一種介於太陽和木星之間的天體,但是實際上,由於理論不允許小型氣體雲發生坍縮,所以當時這些推論也僅止於假設而已。
換句話說,只要氣體雲發生坍縮,那麼它的質量就一定足夠大,並且最終會形成恆星。但是成百上千的褐矮星的相繼發現,讓人們意識到,質量小於太陽的氣體雲發生坍縮,不但是可能的。而且並不是宇宙中的特例,而是廣泛存在的,這些褐矮星有的略大於木星,有的略小於太陽,可以說它們以各種質量和體積,完成了行星與恆星之間的過渡。而且根據目前的觀測,天文學家推斷,褐矮星的數量應該與一般的恆星與行星不相上下,那麼我們又不得不回到老問題了。
褐矮星究竟是恆星還是行星呢?它們究竟是巨行星還是矮星呢?
實話實說,天文學家現在也不知道,一開始在天文學家發現這些宇宙中的特殊分子時,還試圖拯救目前的宇宙體系,於是為了解釋這些難以定義的天體,天文學家提出了「彈射機制」。也就是說,在年輕的雙星或三星系統中,某些恆星由於同伴競爭的緣故停止了生長,無法燃燒發光。
最終被彈射除了星系中心
這樣一來褐矮星便被認定為恆星了,同樣的我們也可以認為,星系中的天體發生了碰撞,從而將恆星彈出了星系,這樣一來褐矮星便被認定為行星。不論是恆星還是行星,這樣的解釋都保全了太陽系模型的有序運行,不同的世界,只是天體混亂的產物。
是一場太空撞球的結果,不過不得不說的是,這樣的解釋並沒有多少人信服。一個原因是,彈射確實有可能發生,它也能解釋我們觀測到的一些星系,但很多人認為,這種情況在宇宙中並不多見。所以彈射假說並非普遍機制,另外彈射機制也無法解釋恆星剛剛形成時,由灰塵和氣體所組成的吸積盤,因為在年輕的褐矮星周圍,人們也觀察到了此類吸積盤的存在。由此可見褐矮星並非那些發育不成熟的恆星,所有這些都逼迫著科學家不得不拿舊體系開刀了,也就是說人們必須找到,能夠促使小型氣體雲發生坍縮並形成褐矮星的機制。
好在這方面的研究,人們已經取得了巨大進展,在考慮了磁場以及分子雲內部動蕩的這些因素後,科學家於2008 年完成了小質量內核的引力坍縮模擬,該模型已能模擬質量僅為木星數倍的恆星的形成過程,而且更讓人感到欣喜的是,相關的觀測證據,也在支持著理論模型。比如2012 年和2014 年,天文學家就相繼發現了,質量分別為木星20 倍和13 倍的氣體雲,它們正在凝聚並坍縮成恆星。而且模擬顯示,這些坍縮的結果極有可能就是一顆褐矮星。
所以目前的結論告訴我們,我們要敞開心扉,宇宙中容不得界限分明,那些所謂的標準、分類,也許不過是我們人類畫地為牢的標準罷了。褐矮星既非典型的恆星,也不是典型的行星,它的存在表明,木星般的天體完全可能與太陽擁有同樣的生成機制,浩瀚的天空中,也可以存在著只有行星、一片漆黑的星系,同樣的它也表明恆星也完全可以像木星那樣生成,僅僅是恆星一種類型,也完全可以形成一個星系,當然了凡事也總有局限,比如地球大小的行星是不可能居於星系中央的,而大如太陽的恆星也不會圍繞其他星體運轉的。
不過這其實又是一套新的標準了,誰又知道,日後它會不會會推倒重建呢,不過對於現在來說,這些都無所謂,天文學的革命已經在悄無聲息中到來。太陽系帶著位於中心的恆星以及環繞四周的行星,終於走下的神探,它不再是宇宙中星系的唯一準繩,褐矮星撕碎了我們對世界的美好假想,卻也呈現給了我們一個更加美麗、紛繁,卻也神秘的星空。