像恒星一樣形成但不自身發(fā)光的最小天體有多小?與成熟的星相比，它們有多普遍?在被扔進(jìn)星際空間之前圍繞恒星形成的“流氓行星”怎么樣?當(dāng)美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡于2021年發(fā)射升空時(shí)，它將闡明這些問題。

回答這些問題將在像恒星形成的物體之間形成邊界，這些恒星是由重力坍縮的氣體和塵埃云而生，而像行星那樣的物體是當(dāng)氣體和塵埃聚集在年輕恒星周圍的圓盤中而形成的。它還將在關(guān)于褐矮星起源的競(jìng)爭(zhēng)觀點(diǎn)之間進(jìn)行區(qū)分，褐矮星的起源是質(zhì)量介于太陽(yáng)的1%到8%之間，無(wú)法維持氫核聚變的物體。

在英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)的Aleks Scholz領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究中，研究人員將使用Webb來發(fā)現(xiàn)附近一個(gè)名為NGC 1333的恒星苗圃的最小，最微弱的居民。該恒星苗圃位于英仙座星座約1,000光年，恒星星團(tuán)NGC 1333在天文方面非常接近。它也非常緊湊，并包含許多年輕的恒星。這三個(gè)因素使其成為研究行動(dòng)中恒星形成的理想場(chǎng)所，特別是對(duì)于那些對(duì)非常微弱，自由漂浮的物體感興趣的人。

斯科爾斯解釋說：“迄今為止，發(fā)現(xiàn)的最小的褐矮星僅比木星重五到十倍。”“我們尚不知道恒星苗圃中是否還會(huì)形成質(zhì)量更低的物體。借助韋伯，我們希望首次將星團(tuán)成員識(shí)別為像木星那樣微不足道的行星。它們相對(duì)于更矮的褐色矮星和恒星的數(shù)量將為我們提供證據(jù)。起源，也為我們提供了更廣泛的有關(guān)恒星形成過程的重要線索。”

模糊邊界

極低質(zhì)量的物體很酷，這意味著它們發(fā)射的大部分光都是紅外波長(zhǎng)的。由于來自地球大氣層的干擾，從地面望遠(yuǎn)鏡觀察紅外光具有挑戰(zhàn)性。由于其巨大的尺寸和能夠以前所未有的靈敏度看到紅外光的能力，韋伯非常適合發(fā)現(xiàn)和表征質(zhì)量低于五個(gè)木星的年輕漂浮物體。

褐矮星和巨型行星之間的區(qū)別很模糊。

“有一些質(zhì)量低于10-木星標(biāo)記的天體自由地漂浮在整個(gè)星團(tuán)中。由于它們沒有繞過任何特定的恒星運(yùn)行，因此我們稱它們?yōu)樽匕腔蛐行琴|(zhì)量天體，因?yàn)槲覀儗?duì)此并不了解，葡萄牙里斯本大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員Koraljka Muzic說。“另一方面，一些巨大的巨型行星可能會(huì)發(fā)生聚變反應(yīng)。并且某些棕矮星可能會(huì)形成盤狀。”

還有“流氓行星”的問題-像行星一樣形成的物體，后來又從太陽(yáng)系中彈出。這些自由漂浮的身體注定要永遠(yuǎn)在恒星之間徘徊。

一次數(shù)十次

該小組將使用韋伯的近紅外成像儀和無(wú)縫光譜儀(NIRISS)研究這些各種低質(zhì)量物體。光譜儀將來自單一光源的光分解為其組成顏色，就像棱鏡將白光分解為彩虹一樣。這種光帶有當(dāng)物質(zhì)發(fā)射光或與光相互作用時(shí)產(chǎn)生的指紋。光譜儀使研究人員能夠分析這些指紋并發(fā)現(xiàn)諸如溫度和成分之類的特性。

NIRISS將為團(tuán)隊(duì)同時(shí)提供數(shù)十個(gè)對(duì)象的信息?？的螤柎髮W(xué)的團(tuán)隊(duì)成員Ray Jayawardhana解釋說：“這很關(guān)鍵。要明確確認(rèn)棕色矮星或無(wú)賴行星，我們需要在光譜中查看分子(主要是水和甲烷)的吸收特征。”“光譜學(xué)非常耗時(shí)，能夠同時(shí)觀察許多物體有很大幫助。另一種選擇是先拍攝圖像，測(cè)量顏色，選擇候選物然后進(jìn)行光譜分析，這將花費(fèi)更多的時(shí)間并依賴于更多的假設(shè)。 ”