罕見四星系統(tǒng)中藏著兩顆“發(fā)育失敗”的星星

宇宙中的星星們有著“抱團(tuán)取暖”的習(xí)慣，常常以雙星、多星的方式聚集在一起，通過萬有引力彼此牽連。比方說我們熟悉的天狼星就是一對雙星，最近還發(fā)現(xiàn)參宿四也可能是雙星，我們的鄰居比鄰星處在一個(gè)三星系統(tǒng)中，北斗七星中的開陽實(shí)際是個(gè)六星系統(tǒng)……然而最近 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)罕見的四星系統(tǒng)，其中有兩個(gè)正常的恒星，還有 兩個(gè) 是“發(fā)育失敗”的準(zhǔn)恒星。

這個(gè)恒星系統(tǒng)距離我們約 82 光年，被命名為 UPM J1040?3551 。它由四顆星組成，兩兩形成一對。較亮的一對是紅矮星，可見光波段下呈現(xiàn)橙色，但其實(shí)也不太亮，只有 14.6 等，比北極星暗 10 萬倍。不要感到奇怪，事實(shí)上所有的紅矮星都遠(yuǎn)遠(yuǎn)暗于肉眼的極限。根據(jù)慣例，這兩顆星的編號為 UPM J1040?3551 Aa 和 Ab，或者將這對雙星標(biāo)注為 UPM J1040?3551 Aab。

UPM J1040?3551 系統(tǒng)的藝術(shù)想象畫。右側(cè)前景為一對褐矮星。左方的亮點(diǎn)為一對紅矮星。這對褐矮星就在一條周期約為 10 萬年的軌道上繞紅矮星雙星運(yùn)動(dòng)。（來源：Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang）

讓天文學(xué)家感到驚奇的是，距離它們 1656 天文單位 以外的地方，還有另外兩顆星，一邊相互繞轉(zhuǎn)，一邊又環(huán)繞這對紅矮星運(yùn)動(dòng)，而完成一圈大概需要 100000 年 。相應(yīng)的，將它們編號為 UPM J1040?3551 Bab。 它們更為暗弱，在可見光波段幾乎看不見，在近紅外波段，比那倆紅矮星還要暗上 1000 倍 ！

4 顆恒星，兩種類型，主要輻射也處在不同波段，因此研究人員需要使用不同的設(shè)備獲取它們的光譜。首先使用 智利托洛洛山南方天體物理研究 （SOAR）望遠(yuǎn)鏡上的古德曼光譜儀（Goodman spectrograph）獲得較亮的兩顆紅矮星的光譜，隨后再使用另一臺名為“三重光譜”（TripleSpec）的設(shè)備獲得了暗的兩顆星的光譜。分析表明，較亮的一對雙星都是 M 型紅矮星，溫度約為 3200 K，質(zhì)量約為太陽的 17%。較暗的一對雙星溫度只有 820 K 和 690 K ，屬于 T 型褐矮星！這還是第一次發(fā)現(xiàn)一對褐矮星繞著一對紅矮星運(yùn)動(dòng)。

對 UPM J1040?3551 系統(tǒng)的藝術(shù)想象畫（來源：Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang）

褐矮星是一類比較特殊的天體，因?yàn)槿绻阈潜?，它們光度小、質(zhì)量小、溫度低，但是跟行星比，又顯得比較重，溫度比較高。在 UPM J1040?3551 這個(gè)系統(tǒng)中，褐矮星的大小僅與木星相似，但質(zhì)量估計(jì)是木星的 10-30 倍。事實(shí)上，如果質(zhì)量僅僅是十幾個(gè)木星質(zhì)量，完全可以被認(rèn)為是“行星質(zhì)量”天體。不過，褐矮星的溫度顯著大于行星，比較一下，木星的表面溫度只有約 165 K。

褐矮星的溫度之所以很低，是因?yàn)樗馁|(zhì)量不足以引起核聚變，它被稱為“失敗的恒星”。同時(shí)，也正是由于沒有發(fā)生核聚變，褐矮星在發(fā)育過程中溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)峰值，隨后便后進(jìn)入冷卻過程。也就是說，當(dāng)你測定一顆褐矮星的溫度，卻無法立刻知道它究竟是一個(gè)更年輕、質(zhì)量更小的褐矮星，還是一個(gè)更年長且質(zhì)量更大的褐矮星。如果沒有額外的信息，進(jìn)一步開展研究就會(huì)遇到一些困難。

置身于英仙座分子云中的 UPM J1040?3551 Bab 雙褐矮星的藝術(shù)想象畫（來源：Robert Lea (created with Canva))

現(xiàn)在，UPM J1040?3551 系統(tǒng)給了天文學(xué)家千載難逢的機(jī)會(huì)。因?yàn)槲覀儽容^容易獲得較亮的那對紅矮星的光譜，能夠得出它們的年齡在 3 ~ 20 億年之間?？瓷先タ缍冗€是不小，但考慮到紅矮星的年齡在數(shù)百億年，因此它們毫無疑問是很年輕的。假定這個(gè)四星系統(tǒng)是同源的（通常而言應(yīng)該是這樣的），那么那兩顆褐矮星也應(yīng)該是年輕的。

這一罕見的四星體系統(tǒng)就好像一座天然的宇宙實(shí)驗(yàn)室，幫助天文學(xué)家更好地理解褐矮星。未來，希望通過更高分辨率的相機(jī)和更靈敏的光譜儀，包括大型射電望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步揭開其神秘的面紗。

參考資料：

[1] Royal Astronomical Society. Rare quadruple star system could unlock mystery of brown dwarfs (https://www.eurekalert.org/news-releases/1095140)