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天文新知

奇怪的超亮棕矮星CWW 89Ab

奇怪的超亮棕矮星CWW 89Ab

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:氣體雲坍塌,升溫,最終點燃。除了棕矮星沒有足夠的質量像普通主序帶恆星一樣開始融合氫氣,僅是留下融合的氘。隨著時間的推移,這些物體會冷卻並開始變暗並逐漸消失。棕矮星如此神秘的原因在於我們對它們如何隨著時間的推移而發展的過程了解很少。天文學家根據他們的觀察結果使用棕矮星模型來繪製這些物體的形成和演化。然而這些模型需要獨立確定棕矮星的質量,半徑,光度和年齡。如果缺少這些參數其中的一個或使用其他模型而不是觀察結果,則可能讓模型的預測結果產生很大的不確定性。到目前為止還沒有已知的棕矮星對所有四個必需參數進行獨立測量。

直到棕矮星CWW 89Ab出現。它最初由K2任務發現,並在Ruprecht-147星團中繞著一顆類似太陽的主序星運行。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,質量為木星的37倍。由於該系統也屬於疏散星團的成員,因此通過觀測星團主序帶的演化結果,研究團隊的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

研究人員同時使用史匹哲太空望遠鏡來觀察CWW 89Ab通過它的主恆星後面時的光度變化,這個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。根據這些觀察的結果,發現這種棕矮星比先前的演化模型預測的亮16倍!換句話說,從次日蝕深度來看,研究者發現棕矮星的亮度溫度必須達到1,700 K - 但棕矮星演化模型表明這個物體應該僅有850 K的內部溫度。

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恆星正在加熱棕矮星,使其更熱,因此比模型預測更明亮。然而,即使棕矮星吸收它所接收的所有恆星輻射並保持其所有熱量沒有傳遞到其另一側,它仍然不會達到觀察到的1,700K溫度。同時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,同時保持觀察到的尺寸。 另一種可能性是假設CWW 89Ab的大氣中存在溫度反轉。溫度反轉意味著當您增加高度時,大氣會變得更熱。我們在地球的平流層看到了相同的現像,在靠近母星的軌道上運行的熱木星也有觀察到類似現像。然而具有溫度反轉的熱木星的溫度高於2,000 K - 比CWW 89Ab上觀察到的1,700 K溫度高得多。因此CWW 89Ab的潛在溫度反轉可能是由與熱木星中發生的機制不同的機制引起的。研究者提出,如果與氧氣相比存在過量的碳,那麼棕矮星將不再能夠散發其內部熱量,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)比模型預測的要熱得多。

圖2說明了解釋數據的兩種可能模型。
光度與模型的比較
第一種可能(金線)假設棕矮星內部溫度為1,700K。另一種可能性是棕矮星的內部溫度為850K,如模型所示,但溫度反轉導致大氣在較高海拔處升溫(紅線)。作者指出,儘管1,700 K模型在擬合數據方面做得更好,但它們不能排除只有兩個數據點的溫度反轉的可能性。

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確實為第一個棕矮星提供了這些模型的所有獨立觀測參數。因此如果這些模型無法解釋它的演化,這意味著可能錯誤地解釋所有棕矮星觀測?研究團隊指出一個無法解釋的謎團不應該證明所有以前的棕矮星分析都沒有實際意義。現實情況是,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鏡的福爾摩斯--詹姆斯韋伯太空望遠鏡以取得更多觀測的資料以闡明未解的謎團。
資料來源:AAS NOVA

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