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已知最小恒星「J0523」,半徑還不足太陽9%,卻是宇宙的「寵兒」

网瘾少女 2022/11/07

宇宙中最小的恒星是誰?它究竟有多小?

往常,我們總聽說關于人馬座KW、參宿七、大角星、獵戶座α星等大質量恒星的新聞,并用太陽半徑來衡量它們的大小,卻很少關注超小型恒星。

那是因為我們親愛的太陽,形象確實不算高大。

可身為「黃矮星」的太陽,雖然在恒星行列中,算是個「矮子」,但它尚能裝下1000個木星,而我們接下來要說的這個「棕矮星」J0523,卻比木星還小!

J0523,全名2MASS J0523–1403。因發現它的2MASS(2微米全天巡視)項目而得名,后面的一串數字,其實是它在天球上的坐標。

J0523位于獵戶座以南的天兔座,距地球大約40光年,它的視星等為21.05,極為微弱,光譜類型屬于L2.5,表面溫度還不到太陽溫度的一半,亮度也只有太陽亮度的十萬分之一。

從恒星的成因和特質來界定,我們會發現要想引發恒星內部發生核聚變反應,就必須具備極高的溫度和壓力。

而促成這一條件的根本原因,就是質量足夠大。簡單說,就是當你把質量不斷堆積到一顆行星上,重到能足以把氫壓縮到極致,點燃內部氫核聚變,便可以點燃一顆恒星。

那這個質量的臨界點,該如何確定呢?

科學家認為宇宙中的一個天體要引發內部的核聚變反應其質量就要達到太陽質量的7%。

這大約是70個木星的質量。所以理論上恒星是不能無限小的。它小到一定的程度就無法自主發光發熱了,那它就不屬于恒星,屬于褐矮星了。

于是天文學家搜集了可能處在聚變臨界質量附近的63顆天體,并根據其大小和表面溫度等天體屬性,將它們羅列在統計表上。

因為質量越小,恒星的溫度就會越低,半徑也會越來越小。而一旦跨過了最小值臨界質量,進入褐矮星(非恒星)的國度,半徑反而會越來越大。

由此,科學家確定最小值必定就位于普通恒星與褐矮星的邊界之上。

而且,他們發現J0523就位于邊界上。即恒星J0523的質量正好位于70個木星的質量這個下線上,處于一種簡并態。

所謂簡并態,是一種古怪的量子力學狀態。它的一個古怪特性就是,如果你往褐矮星上增加質量,它反而會縮得更小,變成一個沉甸甸的「實心球」。

所以我們認為,J0523是一顆溫度不高,核心物質沒有發生膨脹的最小恒星!但是,別看它個子小,它卻是個宇宙的寵兒。

宇宙的寵兒

一顆半徑還不足太陽9%的袖珍恒星,憑什麼能被稱為宇宙的幸運兒?

被2MASS(2微米全天巡視)項目發現的J0523,是科學界公認的最小恒星。

這顆恒星有多小呢?它的直徑是12萬公里,甚至還沒有木星個頭大!不過你可別小看它,它體積雖小,質量卻有木星的85倍,是地球質量的2.7萬倍。

J0523燃燒并不激烈,其表面溫度在2200攝氏度左右,還不及太陽的一半。所以一開始,我們認為亮度只有太陽1/8000,暗淡又小的它,只是一顆行星。

因為你用肉眼能夠看到的最暗恒星,都要比J0523明亮100萬倍!直到我們檢測到J0523的質量,大約是木星質量的77倍,處于臨界質量,才確定了它的恒星身份。

我們都知道,恒星是由發光等離子體構成的巨型球體,主要包含氫、氦和微量的重元素。

根據恒星能夠在核心進行核聚變的本質,得知:核聚變產生的能量向外傳輸,然后從表面輻射到外層空間。一旦核心反應殆盡,恒星的生命就將走到盡頭。

所以顆恒星的核聚變反應率,取決于恒星的質量。質量越小,反應速度就越慢,氫燃料可以維持消耗的時間就越長,生命也就越長。

因此,J0523算得上是宇宙中,名副其實的「小壽星」!

一般,大質量恒星只有數千萬年的生命周期。

根據恒星大小與質量的不同,數千萬年后它們的結局將是白矮星、中子星或黑洞。而小一些的,比如我們的太陽,就能夠存在大約100億年的時間。

目前,J0523是處在主序星階段的紅矮星。它持續燃燒的時間,將要比太陽的壽命還長久許多,甚至可達上萬億年。

屆時,參考如今宇宙138億歲的年齡,和太陽的壽命,或許它將是宇宙中最后熄滅的恒星,而那時我們的太陽早就湮滅在宇宙中了。

而在生命的盡頭,恒星J0523那較小的身軀,依舊將在宇宙中,不緊不慢地散發著紅色光芒。。。

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