罕見四星系統中藏著兩顆“發育失敗”的星星

宇宙中的星星們有著“抱團取暖”的習慣，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，最近還發現參宿四也可能是雙星，我們的鄰居比鄰星處在一個三星系統中，北斗七星中的開陽實際是個六星系統……然而最近 天文學家發現了一個罕見的四星系統，其中有兩個正常的恒星，還有 兩個 是“發育失敗”的準恒星。

這個恒星系統距離我們約 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，可見光波段下呈現橙色，但其實也不太亮，只有 14.6 等，比北極星暗 10 萬倍。不要感到奇怪，事實上所有的紅矮星都遠遠暗于肉眼的極限。根據慣例，這兩顆星的編號為 UPM J1040?3551 Aa 和 Ab，或者將這對雙星標注為 UPM J1040?3551 Aab。

UPM J1040?3551 系統的藝術想象畫。右側前景為一對褐矮星。左方的亮點為一對紅矮星。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動。（來源：Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang）

讓天文學家感到驚奇的是，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，一邊又環繞這對紅矮星運動，而完成一圈大概需要 100000 年 。相應的，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！這還是第一次發現一對褐矮星繞著一對紅矮星運動。

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

褐矮星是一類比較特殊的天體，因為如果跟恒星比，它們光度小、質量小、溫度低，但是跟行星比，又顯得比較重，溫度比較高。在 UPM J1040?3551 這個系統中，褐矮星的大小僅與木星相似，但質量估計是木星的 10-30 倍。事實上，如果質量僅僅是十幾個木星質量，完全可以被認為是“行星質量”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，是因為它的質量不足以引起核聚變，它被稱為“失敗的恒星”。同時，也正是由于沒有發生核聚變，褐矮星在發育過程中溫度會達到一個峰值，隨后便后進入冷卻過程。也就是說，當你測定一顆褐矮星的溫度，卻無法立刻知道它究竟是一個更年輕、質量更小的褐矮星，還是一個更年長且質量更大的褐矮星。如果沒有額外的信息，進一步開展研究就會遇到一些困難。

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

現在，UPM J1040?3551 系統給了天文學家千載難逢的機會。因為我們比較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。看上去跨度還是不小，但考慮到紅矮星的年齡在數百億年，因此它們毫無疑問是很年輕的。假定這個四星系統是同源的（通常而言應該是這樣的），那么那兩顆褐矮星也應該是年輕的。

這一罕見的四星體系統就好像一座天然的宇宙實驗室，幫助天文學家更好地理解褐矮星。未來，希望通過更高分辨率的相機和更靈敏的光譜儀，包括大型射電望遠鏡，進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)