什么 are 棕色 dwarfs?

A 棕色 dwarf is more 大众ive than a planet, but less 大众ive than a star. Exactly how much more and less?

与文本注释的不同大小的色的地球在黑背景。

质量 大众 is what separates planets from 棕色 dwarfs from stars. Here’对每个物体的质量进行一般比较。图片来自NASA / 加州理工学院/ R.赫特(IPAC)。

恒星诞生的质量决定了它的命运。星星是天生的物体– and 因此 自我引力强–这样恒星会自我挤压,从而产生较高的内部温度。高温火花 热核聚变反应,使星星发光。另一方面,行星的质量小得多,因此引力也较弱,并且没有内部聚变。它们主要通过恒星反射的光线发光。棕矮星介于土星和木星等巨型行星与最小的恒星之间。

我们可以说棕矮星团是太阳的一部分’质量,但天文学家通常使用木星’质量作为标准度量。 13个木星质量的值被认为是天然气巨行星的上限。如果气体行星的质量大于13个木星质量,则热核燃烧(融合)为 –大爆炸留下的罕见元素–可能发生在物体中’的内部。氘是的另一个名字‘heavy 氢,’是氢 中子 附着在原子核中的质子上(而不只是 质子 单独)。大于80的木星质量是燃烧法线的下限 –恒星发光的过程–因此,使一个物体有资格成为一颗成熟的恒星。

Thus a 棕色 dwarf is typically defined as any body lying 在 the 大众 range of 13 and 80 Jupiter-masses.

但是那里’这个故事还有很多…

繁星点点的空间,周围有许多物体在周围盘旋,插图显示出爆炸的景象。

查看大图。 |棕矮星是外层空间发现的物体的一部分。此图显示了猎户星云的中心部分,这是我们银河系中一个相对较近的恒星形成区域。该图显示了一个大约4乘3的区域 光年。每个符号标识一对对象,被视为符号中心的单个光点。较粗的内圈表示主体,较细的外圈表示伴侣。红色表示行星;橙色矮矮褐色;和黄色的星星。每个符号旁边都有一对哈勃图像。左图是主要物体(恒星)及其伴星的原始图像。右侧的图像仅显示同伴,通过特殊的图像处理技术将主要对象数字化减去,该技术将对象的图像分成二进制对。图片通过 哈勃站.

什么 is a star?

恒星是大量尘埃和气体的集合,这些尘埃和气体从原始云中凝结而来,并以某种方式受到干扰。 各种机制 会引起干扰。例如,来自遥远超新星的冲击波– exploding star –可能在数百年或几千年后扰乱太空中的原始云,并且许多 光年 远。云失去了均匀性,密度稍高(因而重力更大)的区域开始吸引较轻的分子。

由于物质的重力不断增加,物质变得越来越紧,它变得越来越热,就像自行车轮胎在充气时变得更热,从而压缩了内部的空气分子一样。最终,事情达到了临界点。星星开始 保险氘 用常规氢气制造 氦3 分子。这发生在低温下(略低于1,000,000开氏度或1,800,000华氏度)。

在开始融合时,我们可以用不同的方式描述恒星。现在,恒星已成为在其核心的聚变反应所引起的向外推动力与自身引力的向内推动力之间达到完美平衡(无论是暂时的)的物体。重力想进一步粉碎一颗恒星,但是融合阻止了这种恒星的发生。聚变想扩大恒星,但重力获得了’不要这样结果是一个很好的平衡:一颗星星。

如果氘融合没有’如果发生这种情况,宇宙中将只有很少的恒星,其质量是太阳质量的三倍以上。那’s because –质量和温度足够高时是否开始氢融合– the star wouldn’还没有足够的质量来承受自身的重力,以抵抗氢聚变反应的向外推动压力。恒星会膨胀,这种膨胀将导致其内部温度下降,从而减慢并最终终止恒星为发光所需的氢聚变反应。

氘聚变使恒星保持足够冷,以使恒星有足够的时间积聚足够的质量,这样,当氢聚变实际上开始时(大约13,000,000度K或23,000,000 F),它可以继续。到那时,这颗恒星已经足够密集以具有足够的自重来抵抗膨胀,因此其内部的温度仍然很高。

Read more: 什么 makes stars shine?

在大多数情况下,您只剩下一个专业 增生 形成一个由氢聚变驱动的恒星。在浓密的云层中也可能形成多颗恒星。因此,我们拥有双星系统(称为 二元 系统)和三颗星(三元组)和四星(四元的)。

确实,有一些非常复杂的系统的例子,其中有五,六和七颗星,称为五元组(第十五),六元组(六进制)和七人制(七十年代)(分别单击每个数字以获取示例)。它们可以彼此绕轨道运行(尽管非常复杂),但仍然足够稳定以允许行星形成。

5个不同颜色的地球仪,一个巨大的地球仪,一个标记为太阳,三个较小的地球仪,一个微小的地球。

低质量恒星,褐色矮星和木星行星之间的一般大小比较。尽管褐矮星的质量是木星的80倍,但它们的大小仅约10-15%。图片来自维基共享资源。

什么 is a planet?

在恒星形成和氢聚变开始之后,产生了太阳风并将剩余的气体清除出系统。会有一些小的积垢太大,无法被太阳风的向外压力推开。实际上,它们将向内坠入恒星。

既然宇宙万物都有 角动量 –换句话说,由于云正在旋转或旋转–初始云中聚集形成恒星的粒子将倾向于沿长螺旋路径朝恒星坠落。这增加了他们的下降时间,因此 角速度,这就是行星最终自身旋转(自旋)并使恒星绕轨道总体朝着相同方向飞行的原因。

由于碰撞和相互吸引,改变了新形成的轨道 原行星,许多将达到平衡点并进入稳定轨道。这些最终将成为真正的行星–要么是地球或火星这样的岩石世界,要么是木星或土星这样的天然气巨头– by 增生 原始原始云的剩余小剩余部分通过它们自身的重力作用。

黑色背景上大小和颜色不同的行星,地球比其他行星小得多。

行星是质量比恒星小的得多的物体。这里’s an artist’s的概念,显示3的比较 系外行星 在开普勒51系统中,我们的太阳系中有一些行星。图片来自NASA / ESA / STScI / CU Boulder 今天。

什么’恒星和行星之间的区别是什么?

恒星由原始云中的气体和尘埃坍塌形成。因此,他们所占的天文学家数量相对较少 金属 (to 天文学家, 金属性 指比氢和氦重的任何元素。

恒星通过积存残渣收集原始云中的大部分气态物质,并形成行星。行星的质量远小于恒星,因此引力要弱得多。氢和氦等较轻的元素– so common 在 stars –倾向于逃避行星’较弱的引力。从而– relative to stars – planets have high 金属 内容。行星通常围绕恒星运行。通过 天文学家’最新定义 行星这个词, 清除自己的轨道 碎片。

与一个宽暗带的带红色地球和星在背景中。

当然,我们不’t really know what 棕色 dwarfs look like. They’re far away, and we’我从未见过近距离接触。但在这里’s an artist’s concept of the 棕色 dwarf called 鲁曼16A,基于最近在其表面出现类似木星带的证据。图片通过 加州理工学院/ R.赫特(IPAC)。

Where does that leave 棕色 dwarfs?

褐矮星像恒星而不是行星一样积聚物质。它们从气态云中凝结–并且质量高于行星,因此引力更强–因此,它们比行星更有效地保留了较轻的元素(氢和氦),因此金属含量较低。他们唯一的失败特征是他们没有’收集足够的材料以开始正常的恒星融合。虽然,它们可以维持氘的融合直到氘消失,这实际上对于形成较大质量的恒星至关重要,如前所述。

棕矮星 被发现 以1,000天文单位的距离绕其他太阳轨道(非盟) or more. One 非盟 = one 地球-sun distance. Not all 棕色 dwarfs orbit far from their stars, however; some 被发现 orbiting at 关r distances, and a few rogue 棕色 dwarfs 尽管没有发现任何恒星,但它们确实很难找到!

相比之下,在我们太阳系中的已知行星中,海王星是30 非盟距离我们太阳最远的主要行星。

So 棕色 dwarfs are not planets, and they are failed stars, not 大众ive enough to power 氢 fusion reactions. Thus they get their own classification.

Why 棕色?

什么 we now call 棕色 dwarfs 由天文学家首次提出存在于1960年代 Shiv S.Kumar,最初将这些物体称为黑矮星。他把它们想象成在太空中自由漂浮的暗星际物体,它们的质量不足以维持氢聚变。名字 棕色 dwarf 这个名字后来由天文学家和SETI研究人员创造 吉尔·塔特 在她的博士学位论文。她试图定义一个物体在开始氢聚变之前可以拥有的最大质量的上限,从而成为一颗成熟的恒星。

星星显然不是“brown”而且许多此类物体的温度范围为300至500开尔文(80至440 F,即人或更高的人体温度),因此它们仅在 红外线 部分 电磁频谱。以来 黑矮星 已经被视为描述恒星演化终点的物体(冷 白矮星) – and 红矮星 也扮演了一个角色,就像小而酷的星星的名字– 棕色 一定是适当的妥协。

夏季银河系的垂直视线,淡淡的模糊带,在漆黑的夜晚,散落的星星。

View at 地球天空Community Photos。 |尼桑·盖茨(Nisan Gertz)于2020年8月16日在以色列拉蒙火山口拍摄了这张照片。谢谢尼桑。

底线:棕矮星是质量范围介于最重的气体行星和最轻的恒星之间的物体,这使其与众不同,足以符合自己的分类标准。因此,它们通常被定义为位于大于13且小于80的木星质量范围内的物体。它们可以绕着恒星或其他棕色矮星运行,也可以独自在银河系中旅行。

地球天空