普遍的说法是褐矮星被看作“失败的恒星”,但它与类似于木星的气态巨行星也是有区别的。
我们的宇宙中,最为常见的天体就是恒星与行星,那么在恒星和行星之间存不存在另一种天体呢?1962年,NASA戈达德太空研究所(GISS)的科学家谢夫·库马尔就琢磨了这样一个问题:一颗恒星到底可以小到什么程度,通过计算他得出结论,当恒星质量小到一定程度时其内部便不足以启动并维持氢的核聚变,这样就无法成为一颗合格的恒星。
计算表明,当恒星的质量达到13个木星的质量时,虽然不足以让内部的氢产生聚变反应,但可以“点燃”氢的同位素——氘,但氘所释放的能量很微弱,所以这类恒星燃烧的时间一般都很短,只能算是一颗“失败的恒星”,这成了研究褐矮星的开端。
而划分恒星、行星与褐矮星最重要的一个指标就是质量,因为天体的核聚变一定存在一个临界质量,如果低于这个临界值,那么这个天体将永远冷却下去。根据目前恒星演化的研究,最小的恒星(红矮星)与褐矮星的质量分界线在75个木星质量左右,大约是太阳质量的7-8%。但这个测量结果还未得到直接证实。
而天文学家根据最新研究成果,规定了行星质量的上限,在理论上,气态巨行星(类木行星)的最大质量上限为10倍木星质量。
也就是说,在10倍木星质量到75倍木星质量之间的天体都暂时归为褐矮星行列。
除了质量,在形成原理上,褐矮星与行星也是有区别的,褐矮星和普通的恒星的产生方式是基本一样的,都是由星云中的物质坍塌形成的,而气态巨行星和类地行星则是星云的尘埃和残留物形成的。你可以这么理解,恒星和褐矮星都是吃肉长大的,行星只是一点点残羹剩饭。
从成分与结构上看,褐矮星和普通恒星一样主要由氢和氦组成;而巨行星的大气成分比较杂,虽然也是以氢,氦为主,但也含有大量的甲烷等气体;而且巨行星一般都有个石质的内核,木星和土星都是有石质的内核的,而褐矮星是没有这个的。
最后列举几个有点特点的天体吧,目前发现的最大气态巨行星编号叫做HD106906b,其质量为木星的11倍。
质量最小的褐矮星编号为WISEJ085510.83-071442.5,它的质量大约为木星的3—10倍。同时,这颗褐矮星也是目前发现表面温度最低的一颗褐矮星,其表面温度约为-48~-13摄氏度,几乎和北极的平均温度差不多。
质量最大的褐矮星目前是SDSS J0104+1535,观测表明,这颗褐矮星质量约为木星的90倍,是目前发现的褐矮星中质量最大的。同时也是已知褐矮星中星龄最大的,年龄超过了100亿年。