棕矮星(Brown Dwarf)本身就是神秘的物體，但是CWW 89Ab特別奇怪。從理論上講，棕矮星形成的方式與主序星相似：氣體云坍塌，升溫，最終點(diǎn)燃。除了棕矮星沒有足夠的質(zhì)量像普通主序帶恒星一樣開始融合氫氣，僅是留下融合的氘。隨著時(shí)間的推移，這些物體會冷卻并開始變暗并逐漸消失。棕矮星如此神秘的原因在于我們對它們?nèi)绾坞S著時(shí)間的推移而發(fā)展的過程了解很少。天文學(xué)家根據(jù)他們的觀察結(jié)果使用棕矮星模型來繪制這些物體的形成和演化。然而這些模型需要獨(dú)立確定棕矮星的質(zhì)量，半徑，光度和年齡。如果缺少這些參數(shù)其中的一個(gè)或使用其他模型而不是觀察結(jié)果，則可能讓模型的預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生很大的不確定性。到目前為止還沒有已知的棕矮星對所有四個(gè)必需參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立測量。
直到棕矮星CWW 89Ab出現(xiàn)。它最初由K2任務(wù)發(fā)現(xiàn)，并在Ruprecht-147星團(tuán)中繞著一顆類似太陽的主序星運(yùn)行。使用凌日法和徑向速度法，Nowak在2017年已能夠確定其半徑為0.94木星半徑，質(zhì)量為木星的37倍。由于該系統(tǒng)也屬于疏散星團(tuán)的成員，因此通過觀測星團(tuán)主序帶的演化結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)的Jessica Roberts等人確定了棕矮星的極其精確的年齡。唯一剩下的就是確定CWW 89Ab的光度。
想像中的棕矮星CWW89Ab
研究人員同時(shí)使用史匹哲太空望遠(yuǎn)鏡來觀察CWW 89Ab通過它的主恒星后面時(shí)的光度變化，這個(gè)過程被稱為次級日食。日食的光度變化深度表示棕矮星的光被阻擋了多少，使研究人員能夠確定其在3.6和4.5微米波長下的光度。根據(jù)這些觀察的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這種棕矮星比先前的演化模型預(yù)測的亮16倍!換句話說，從次日蝕深度來看，研究者發(fā)現(xiàn)棕矮星的亮度溫度必須達(dá)到1,700 K -但棕矮星演化模型表明這個(gè)物體應(yīng)該僅有850 K的內(nèi)部溫度。
圖1突出了這種極端的光度差異。極端的光度差異
造成這種過亮(或溫度差異)的多種可能性。其中一種可能性是附近的主序恒星正在加熱棕矮星，使其更熱，因此比模型預(yù)測更明亮。然而，即使棕矮星吸收它所接收的所有恒星輻射并保持其所有熱量沒有傳遞到其另一側(cè)，它仍然不會達(dá)到觀察到的1,700K溫度。同時(shí)較熱的棕矮星意味著較大的棕矮星，這與該物體的半徑觀測值不匹配。因此必須使CWW 89Ab更亮，同時(shí)保持觀察到的尺寸。另一種可能性是假設(shè)CWW 89Ab的大氣中存在溫度反轉(zhuǎn)。溫度反轉(zhuǎn)意味著當(dāng)您增加高度時(shí)，大氣會變得更熱。我們在地球的平流層看到了相同的現(xiàn)像，在靠近母星的軌道上運(yùn)行的熱木星也有觀察到類似現(xiàn)像。然而具有溫度反轉(zhuǎn)的熱木星的溫度高于2,000 K -比CWW 89Ab上觀察到的1,700 K溫度高得多。因此CWW89Ab的潛在溫度反轉(zhuǎn)可能是由與熱木星中發(fā)生的機(jī)制不同的機(jī)制引起的。研究者提出，如果與氧氣相比存在過量的碳，那么棕矮星將不再能夠散發(fā)其內(nèi)部熱量，但它仍會從其母星吸收大量的熱量。這將使其高層大氣(可以檢測到的高度)比模型預(yù)測的要熱得多。
圖2說明了解釋數(shù)據(jù)的兩種可能模型。
光度與模型的比較
第一種可能(金線)假設(shè)棕矮星內(nèi)部溫度為1,700K。另一種可能性是棕矮星的內(nèi)部溫度為850K，如模型所示，但溫度反轉(zhuǎn)導(dǎo)致大氣在較高海拔處升溫(紅線)。作者指出，盡管1,700 K模型在擬合數(shù)據(jù)方面做得更好，但它們不能排除只有兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的溫度反轉(zhuǎn)的可能性。
未解之謎
棕矮星模型總是有可能不精確或缺少重要信息。但CWW 89Ab確實(shí)為第一個(gè)棕矮星提供了這些模型的所有獨(dú)立觀測參數(shù)。因此如果這些模型無法解釋它的演化，這意味著可能錯(cuò)誤地解釋所有棕矮星觀測?研究團(tuán)隊(duì)指出一個(gè)無法解釋的謎團(tuán)不應(yīng)該證明所有以前的棕矮星分析都沒有實(shí)際意義�，F(xiàn)實(shí)情況是，我們需要在不同波長下觀察CWW 89Ab的更多二次日食，以解決過亮的的棕矮星這種情況。獲得這些觀測的最佳方法是使用望遠(yuǎn)鏡的福爾摩斯--詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡以取得更多觀測的數(shù)據(jù)以闡明未解的謎團(tuán)。
責(zé)編：微科普