韦布望远镜揭示褐矮星之谜：刷新恒星形成质量极限

韦布望远镜揭示褐矮星之谜：刷新恒星形成质量极限

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距地球约1400光年的火焰星云（Flame Nebula）是恒星诞生的摇篮，其年龄不足100万年。科学家利用詹姆斯·韦布空间望远镜穿透星云尘埃，首次探测到质量仅0.5倍木星的自由漂浮天体，刷新了恒星形成理论的质量下限。

宇宙托儿所的隐秘居民

在这片由稠密气体和尘埃构成的星云中，存在一类特殊天体——褐矮星。这些被称为"失败恒星"的天体因质量不足（介于13-80倍木星质量之间），其核心永远无法点燃持续的氢核聚变反应。

Credit:NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer

它们的演化轨迹呈现独特特征：

• 幼年阶段（<500万年）：表面温度可达2800K（与红矮星相当），发出微弱红外辐射。
• 冷却历程：随时间推移温度降至300K（接近室温），亮度衰减至恒星的百万分之一。
• 观测困境：即便在邻近太阳系的猎户座分子云中（距离约400光年），哈勃望远镜也难以穿透星际尘埃探测其踪迹。

韦布望远镜的技术突破

研究团队利用韦布望远镜，动用了近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI），在0.6-28微米波段对火焰星云进行42小时深度观测，构建了迄今最完整的年轻褐矮星红外光谱数据库。

Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer

火焰星云尘埃柱密度达10⁵ cm⁻³，其极端环境为研究恒星形成临界条件提供了天然实验室，突破传统观测三大限制：

• 穿透力：中红外波段可穿越A_V>50的星际消光（相当于可见光被遮挡10²⁰倍）
• 灵敏度：检测极限达25微焦耳（相当于在月球表面识别60瓦灯泡的亮度）
• 光谱解析：通过水分子（H₂O）和甲烷（CH₄）特征谱线精确测定质量

颠覆性发现

在火焰星云（NGC 2024）的观测数据中，科学家发现：

• 质量分布：检测到2-3倍木星质量的自由漂浮天体，探测灵敏度下限达0.5倍木星质量。
• 形成机制：这些亚恒星天体可能通过"湍流碎片化"形成（与传统引力坍缩模型相悖）。
• 理论冲击：挑战现有初始质量函数（IMF）理论，或需修正星系物质循环模型。

"这项研究不仅拓展了褐矮星的认知边界，"项目首席科学家、德克萨斯大学奥斯汀分校的马修·德弗里奥指出，"更重要的是揭示了恒星形成的基本质量极限——当分子云核质量低于0.08太阳质量（≈80倍木星质量）时，引力坍缩将无法形成真正的恒星。"该发现为理解星际介质动力学提供了新视角，相关成果发表于《自然·天文学》。