失敗恒星的“第二次機會”

褐矮星是一類質量介于行星和恒星之間，約為木星質量的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區域發生塌縮，但它們未能從這些云中積累到足夠的質量，從而無法在核心觸發氫聚變為氦的核聚變過程。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)）

現在，在一項新發表于《天體物理學期刊》的研究中，一個研究團隊發現了一對彼此繞轉的褐矮星，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——這意味著它們最終可能并合形成一顆新的恒星，亦或者吸取物質的那顆褐矮星獲得足以在核心觸發核聚變所需的質量，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，這數十億顆褐矮星中有許多也是成雙成對存在的。

新發現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源設施（ZTF）捕獲的觀測數據時發現的。研究人員發現ZTF J1239+8347每隔57.41分鐘就會發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的暗弱褐矮星。事實上，整個系統都可以容納在地球與月球之間的距離之內。它們的質量大約是木星質量的60到80倍，位于大熊座方向，距離地球約1000光年。

觀測顯示，它們正處于一種穩定的質量轉移關系之中。研究人員在輸質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而移動。

質量轉移與兩種可能的結局

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，后來在第三顆恒星引力作用下，從原本分離的系統中被拉進并推到了一起。一旦開始彼此環繞，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分鐘彼此繞轉一周的褐矮星。質量較小的那顆不斷將物質轉移到質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構。ZTF最初正是通過一個振蕩的光變曲線發現這對天體的；每隔一小時，當這對天體繞轉時，這個熱點就會轉入ZTF的視野，使整個系統顯得更亮。（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，這就像物質通過一個“噴嘴”剝落流出一樣。這個“噴嘴”會將物質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，并發出藍光和紫外光。隨著這兩顆褐矮星彼此繞轉，這個熱點的轉動導致了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有兩種可能的結局：在一種情形下，這顆正在吸積的褐矮星會繼續獲得質量，直到其質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。這同樣會產生一顆質量更大的主序星。

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

不同尋常的發現

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

由于這對新發現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等待被發現。他們期待，薇拉·魯賓天文臺或將探測到數十個這樣的天體。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)