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太陽系近鄰的棕矮星數量遠少於理論預期

2012/06/12 | | 標籤:

天文學家對太陽系的鄰居瞭解的愈來愈多。我們的太陽位在銀河系盤面、距離銀河系中心約2/3遠之處,這是個寧靜的郊區,恆星數量普通,並不擁擠。天文學家最近利用美國航太總署(NASA)的廣角紅外巡天探測器(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE),在距離太陽系約30光年以內的近距離區域內,發現一個棕矮星( brown dwarf)家族。然而,經過估算分析後,科學家卻提出一個驚訝的結論:太陽系周圍的棕矮星數量比預期的還少很多!

WISE於2009年發射升空後,於2010年完成以紅外波段掃瞄全天一周的工作。此任務的主要科學任務之一,就是搜尋棕矮星。棕矮星是所謂的「失敗的恆星」,因其質量偏低,不足以點燃或維持核心的核融合反應,故表面溫度很低,黯淡而不易在可見光波段中觀察到,但利用WISE的強力紅外之眼則可讓它們逐漸現形。棕矮星是介在普通恆星和如木星般氣體巨行星之間的天體,瞭解棕矮星,也有助於瞭解這些天體的形成過程及其他特性。

先前估計:太陽系周圍應該會有許多棕矮星,但新WISE資料卻顯示:每6顆恆星,才有1顆是棕矮星。雖然失望,不過新資料亦提供科學家有關這些奇怪天體如何形成的線索,讓科學家得以瞭解棕矮星在銀河系、甚至銀河系以外世界中的分佈密度。

科學家認為:棕矮星可有數種形成途徑,其中之一是本來應該可以發展成正式恆星、但受到各式不同原因打壓而發育不良。可是,科學家仍不清楚這些打壓過程到底如何發生?

在WISE的幫助下,科學家在2011年8月宣布發現迄今已知表面溫度最低的棕矮星,一種新型的Y型棕矮星(Y dwarf),其中一顆Y型棕矮星的表面溫度僅約攝氏25度左右,和地球表面一般室內溫度差不多。(請參閱天文新知2011-08-28 WISE發現僅相當於人類體溫的最低溫類恆星天體)自此之後,WISE在太陽系周圍已經發現約200顆棕矮星,其中有13顆為Y型矮星。右上圖中,圈起者皆為距太陽26光年以內的棕矮星,其中藍圈為先前已知的棕矮星,紅圈為WISE新發現的棕矮星;圖中並將宇宙中最普遍的恆星—M型矮星增亮以使其更顯眼;背景中間偏左為獵戶座,昴宿星團則在影像右上角。

確認這些棕矮星的距離,是瞭解它們在太陽系周圍散佈狀況的關鍵。這些科學家利用三角視差法(parallax)小心地測量這些棕矮星的距離,確認其中33顆位在距離太陽26光年以內的範圍中;在此相同距離空間中,總共已知有211顆恆星,意味著恆星與棕矮星的比例約為6:1,遠低於原本理論預期的1:1。這個太陽系周圍棕矮星數量比預期還少的狀況,顯示每顆新發現的棕矮星,都是對瞭解我們所處環境的關鍵角色。

雖然這項分析研究成果仍顯粗淺,因為未來WISE必定還會發現其他Y型棕矮星,但想必再發現的數量也不會多到哪兒去,而且也不太可能比南門二(半人馬座Alpha星)還靠近太陽,頂多只能將恆星與棕矮星的數量比拉高到5:1或4:1,然而絕不可能達到1:1的程度。1:1的預期值,來自之前的2微米紅外巡天計畫(Two-Micron All-Sky Survey,2MASS)觀測值外插的結果,由WISE的資料來看,很顯然這樣的外插估算方式是不對的。

此番的新觀測資料也顯示:WISE還是有可能可以偵測到數光年以外、質量約數倍木星大的獨立行星(free-floating planet);雖然其他巡天計畫早已預期應有這些沒有環繞任何恆星公轉的獨立行星的存在,但始終未曾發現到過。不過這些在太空中漂流的行星天體非常暗,即使以WISE的能力而言,即使有可能偵測到這些暗天體,還是有點吃力。

資料來源:WISE Finds Few Brown Dwarfs Close to Home[2012.06.08]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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