火焰星云中發(fā)現(xiàn)"恒星形成質(zhì)量極限"：韋布望遠(yuǎn)鏡揭示褐矮星之謎

距地球約1400光年的火焰星云（Flame Nebula）是恒星誕生的搖籃，其年齡不足100萬年?？茖W(xué)家利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡穿透星云塵埃，首次探測到質(zhì)量僅0.5倍木星的自由漂浮天體，刷新了恒星形成理論的質(zhì)量下限。

宇宙托兒所的隱秘居民

在這片由稠密氣體和塵埃構(gòu)成的星云中，存在一類特殊天體——褐矮星。這些被稱為"失敗恒星"的天體因質(zhì)量不足（介于13-80倍木星質(zhì)量之間），其核心永遠(yuǎn)無法點(diǎn)燃持續(xù)的氫核聚變反應(yīng)。

Credit:NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer

它們的演化軌跡呈現(xiàn)獨(dú)特特征：

幼年階段（<500萬年）：表面溫度可達(dá)2800K（與紅矮星相當(dāng)），發(fā)出微弱紅外輻射。

冷卻歷程：隨時(shí)間推移溫度降至300K（接近室溫），亮度衰減至恒星的百萬分之一。

觀測困境：即便在鄰近太陽系的獵戶座分子云中（距離約400光年），哈勃望遠(yuǎn)鏡也難以穿透星際塵埃探測其蹤跡。

韋布望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)突破

研究團(tuán)隊(duì)利用韋布望遠(yuǎn)鏡，動(dòng)用了近紅外相機(jī)（NIRCam）和中紅外儀器（MIRI），在0.6-28微米波段對火焰星云進(jìn)行42小時(shí)深度觀測，構(gòu)建了迄今最完整的年輕褐矮星紅外光譜數(shù)據(jù)庫。

Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer

火焰星云塵埃柱密度達(dá)10? cm?3，其極端環(huán)境為研究恒星形成臨界條件提供了天然實(shí)驗(yàn)室，突破傳統(tǒng)觀測三大限制：

穿透力：

中紅外波段可穿越A_V>50的星際消光（相當(dāng)于可見光被遮擋102?倍）

靈敏度：檢測極限達(dá)25微焦耳（相當(dāng)于在月球表面識(shí)別60瓦燈泡的亮度）

光譜解析：通過水分子（H?O）和甲烷（CH?）特征譜線精確測定質(zhì)量

顛覆性發(fā)現(xiàn)

在火焰星云（NGC 2024）的觀測數(shù)據(jù)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：

質(zhì)量分布：檢測到2-3倍木星質(zhì)量的自由漂浮天體，探測靈敏度下限達(dá)0.5倍木星質(zhì)量。

形成機(jī)制：這些亞恒星天體可能通過"湍流碎片化"形成（與傳統(tǒng)引力坍縮模型相悖）。

理論沖擊：挑戰(zhàn)現(xiàn)有初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）理論，或需修正星系物質(zhì)循環(huán)模型。

"這項(xiàng)研究不僅拓展了褐矮星的認(rèn)知邊界，"項(xiàng)目首席科學(xué)家、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的馬修·德弗里奧指出，"更重要的是揭示了恒星形成的基本質(zhì)量極限——當(dāng)分子云核質(zhì)量低于0.08太陽質(zhì)量（≈80倍木星質(zhì)量）時(shí)，引力坍縮將無法形成真正的恒星。"該發(fā)現(xiàn)為理解星際介質(zhì)動(dòng)力學(xué)提供了新視角，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·天文學(xué)》。

參考https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-peers-deeper-into-mysterious-flame-nebula/