罕见四星系统中藏着两颗“发育失败”的星星

宇宙中的星星们有着“抱团取暖”的习惯，常常以双星、多星的方式聚集在一起，通过万有引力彼此牵连。比方说我们熟悉的天狼星就是一对双星，最近还发现参宿四也可能是双星，我们的邻居比邻星处在一个三星系统中，北斗七星中的开阳实际是个六星系统……然而最近天文学家发现了一个罕见的四星系统，其中有两个正常的恒星，还有两个是“发育失败”的准恒星。

这个恒星系统距离我们约 82 光年，被命名为 UPM J1040−3551。它由四颗星组成，两两形成一对。较亮的一对是红矮星，可见光波段下呈现橙色，但其实也不太亮，只有 14.6 等，比北极星暗 10 万倍。不要感到奇怪，事实上所有的红矮星都远远暗于肉眼的极限。根据惯例，这两颗星的编号为 UPM J1040−3551 Aa 和 Ab，或者将这对双星标注为 UPM J1040−3551 Aab。

UPM J1040−3551 系统的艺术想象画。右侧前景为一对褐矮星。左方的亮点为一对红矮星。这对褐矮星就在一条周期约为 10 万年的轨道上绕红矮星双星运动。（来源：Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang）

让天文学家感到惊奇的是，距离它们 1656 天文单位以外的地方，还有另外两颗星，一边相互绕转，一边又环绕这对红矮星运动，而完成一圈大概需要 100000 年。相应的，将它们编号为 UPM J1040−3551 Bab。它们更为暗弱，在可见光波段几乎看不见，在近红外波段，比那俩红矮星还要暗上 1000 倍！

4 颗恒星，两种类型，主要辐射也处在不同波段，因此研究人员需要使用不同的设备获取它们的光谱。首先使用智利托洛洛山南方天体物理研究 （SOAR）望远镜上的古德曼光谱仪（Goodman spectrograph）获得较亮的两颗红矮星的光谱，随后再使用另一台名为“三重光谱”（TripleSpec）的设备获得了暗的两颗星的光谱。分析表明，较亮的一对双星都是 M 型红矮星，温度约为 3200 K，质量约为太阳的 17%。较暗的一对双星温度只有 820 K 和 690 K，属于 T 型褐矮星！这还是第一次发现一对褐矮星绕着一对红矮星运动。

对 UPM J1040−3551 系统的艺术想象画（来源：Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang）

褐矮星是一类比较特殊的天体，因为如果跟恒星比，它们光度小、质量小、温度低，但是跟行星比，又显得比较重，温度比较高。在 UPM J1040−3551 这个系统中，褐矮星的大小仅与木星相似，但质量估计是木星的 10-30 倍。事实上，如果质量仅仅是十几个木星质量，完全可以被认为是“行星质量”天体。不过，褐矮星的温度显著大于行星，比较一下，木星的表面温度只有约 165 K。

褐矮星的温度之所以很低，是因为它的质量不足以引起核聚变，它被称为“失败的恒星”。同时，也正是由于没有发生核聚变，褐矮星在发育过程中温度会达到一个峰值，随后便后进入冷却过程。也就是说，当你测定一颗褐矮星的温度，却无法立刻知道它究竟是一个更年轻、质量更小的褐矮星，还是一个更年长且质量更大的褐矮星。如果没有额外的信息，进一步开展研究就会遇到一些困难。

置身于英仙座分子云中的 UPM J1040−3551 Bab 双褐矮星的艺术想象画（来源：Robert Lea (created with Canva))

现在，UPM J1040−3551 系统给了天文学家千载难逢的机会。因为我们比较容易获得较亮的那对红矮星的光谱，能够得出它们的年龄在 3 ~ 20 亿年之间。看上去跨度还是不小，但考虑到红矮星的年龄在数百亿年，因此它们毫无疑问是很年轻的。假定这个四星系统是同源的（通常而言应该是这样的），那么那两颗褐矮星也应该是年轻的。

这一罕见的四星体系统就好像一座天然的宇宙实验室，帮助天文学家更好地理解褐矮星。未来，希望通过更高分辨率的相机和更灵敏的光谱仪，包括大型射电望远镜，进一步揭开其神秘的面纱。

参考资料：

[1] Royal Astronomical Society. Rare quadruple star system could unlock mystery of brown dwarfs (https://www.eurekalert.org/news-releases/1095140)