這是一篇?dú)W南臺(tái)的采訪錄。天文學(xué)家Koraljka Muzic（考拉爾加·穆茲奇）向我們分享了她天文研究的故事，通過閱讀，你將會(huì)了解：

褐矮星屬于恒星還是行星？答案：都不是！它們比木星質(zhì)量更大，但是又比太陽小。由于它們很黯淡，觀測(cè)這種迷人的天體會(huì)變得很困難，但研究它們能向我們揭示更多和宇宙相關(guān)的的奧秘。

經(jīng)過可視化處理的褐矮星圖像

問：首先，褐矮星具體是什么？為什么你想去研究它？

答：很久以前，人們就已經(jīng)知道了兩類有明確界限的天體——恒星和行星。然而，界限真的是如此分明嗎？介于它們兩者之間，似乎有一個(gè)缺失的環(huán)節(jié)，這就是褐矮星——質(zhì)量介于恒星與行星之間。當(dāng)質(zhì)量達(dá)到0.075倍太陽質(zhì)量（大約是木星質(zhì)量的80倍）時(shí)，一個(gè)褐矮星就能轉(zhuǎn)化為恒星（有核聚變，會(huì)發(fā)光——譯者注）。但是，為褐矮星與行星劃界卻不那么簡(jiǎn)單。迄今為止發(fā)現(xiàn)的最小的褐矮星質(zhì)量約為木星的五倍，這與那些巨大的系外行星極為相似。但這些褐矮星都不圍繞任何恒星運(yùn)行，所以我們又把它們叫做“自由漂流的行星質(zhì)量天體”（free-floating planetary-mass objects）。

對(duì)于我們來說，最大的問題是：褐矮星的形成是類似于恒星還是行星？現(xiàn)在，許多證據(jù)指向了“大質(zhì)量褐矮星的形成類似于恒星”這種假設(shè)。但是，我們?nèi)匀幌雴柕氖牵≠|(zhì)量褐矮星是如何形成的，以及它們是否能以相似的方式形成巨行星。

這是藝術(shù)家關(guān)于褐矮星、恒星與巨型氣體行星之間的相對(duì)大小比較的想象圖。以木星作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，褐矮星質(zhì)量是木星的十倍，小質(zhì)量恒星的質(zhì)量是木星的100倍，太陽質(zhì)量大約是木星的1000倍。（來源: Carnegie Institution forScience）

問：距離褐矮星被證實(shí)存在僅僅過去了20年，自那之后我們已經(jīng)對(duì)它有了多少了解？

答：相當(dāng)多！褐矮星的理論起于60年代，90年代便被首次觀測(cè)到。從那以后，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)褐矮星，它們的有效溫度在不斷下降。這催生了新的恒星類型的定義。

觀測(cè)褐矮星非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈儗?shí)在太昏暗、太冷了。這意味著我們必須要不斷提高儀器設(shè)備的靈敏度。我們的進(jìn)步與技術(shù)的發(fā)展是分不開的。首先，紅外觀測(cè)儀器的出現(xiàn)使我們能夠研究這些被塵埃包圍著的又冷又年輕的天體。時(shí)至今日，技術(shù)的進(jìn)步主要圍繞在建更大的地面望遠(yuǎn)鏡和空間望遠(yuǎn)鏡上，他們能夠探測(cè)到更暗弱、更小質(zhì)量及更遠(yuǎn)的天體。銀河系中包含了數(shù)以億計(jì)的褐矮星，我們要走的路還很長(zhǎng)！

問：我們當(dāng)今對(duì)褐矮星的形成有著什么樣的理解？

答：我們認(rèn)為大質(zhì)量褐矮星的形成與恒星形成相似，都是通過分子云的引力坍縮。坍縮使得星云核心的溫度急劇上升，當(dāng)溫度達(dá)到數(shù)百萬攝氏度時(shí)，氫開始聚變成氦，一顆恒星就此誕生。但是，如果這個(gè)天體的質(zhì)量不夠大的話，坍縮將會(huì)在核心達(dá)到氫的聚變溫度前停止，其結(jié)果就是形成了一個(gè)褐矮星。

我們研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于，在引力坍縮停止后，褐矮星的溫度會(huì)不斷降低，同時(shí)發(fā)出的光線也會(huì)越來越微弱，因此我們想在他們尚且年幼并相對(duì)明亮的時(shí)候研究他們。這是我們要在恒星形成區(qū)域?qū)ふ液职堑脑蛑弧，F(xiàn)在我們的目標(biāo)便是：年輕的RCW38星團(tuán)。

RCW38星團(tuán)距離我們5500光年，位于船帆座。圖中被框出來的并引向側(cè)邊的區(qū)域指示了這個(gè)星團(tuán)里被探測(cè)到的褐矮星的候選者。（來源: ESO/Koraljka Muzic(University of Lisbon), Aleks Scholz (University of St Andrews), RainerSchoedel (Instituto de Astrofísica de Andalucía), Vincent Geers (UKATC), RayJayawardhana (York University), Joana Ascenso (University of Porto &University of Lisbon) & Lucas Cieza (University Diego Portales)）

問：選擇觀測(cè)RCW38還有其它的原因嗎？

答：一些褐矮星的形成理論預(yù)言，褐矮星更可能形成于大量恒星相聚的地方。褐矮星的形成也與大質(zhì)量恒星有些類似。褐矮星也可以在靠近巨大的恒星的地方形成，這些巨大恒星通過電離輻射轟擊正在生長(zhǎng)的星前核，將它們的外層蒸發(fā)殆盡，只留下一小塊殘?jiān)汉职?。所以在我們的SONYC（Substellar Objects in Nearby Young Clusters）臨近年輕星系團(tuán)亞恒星天體）巡天項(xiàng)目中就是在近紅外波段廣泛研究幾個(gè)臨近的恒星形成區(qū)域。這些小點(diǎn)都是可供我們研究褐矮星的好地方，但總體來說它們的密度不是很大，且極少包含大質(zhì)量的恒星。

我們想要觀測(cè)一個(gè)與恒星形成區(qū)域有著顯著不同的星團(tuán)，這樣可以將不同的環(huán)境進(jìn)行比較。為此，我們選擇了RCW38——在蘊(yùn)含我們當(dāng)前技術(shù)手段所能探測(cè)到褐矮星的星團(tuán)中，它的質(zhì)量和密度是最大的。我們使用了歐南臺(tái)的“甚大望遠(yuǎn)鏡”（VLT）的NACO系統(tǒng)對(duì)RCW38進(jìn)行研究。

問：你們發(fā)現(xiàn)了什么？結(jié)果是否令人意外？

答：我們發(fā)現(xiàn)，RCW38里大約每?jī)蓚€(gè)新生的恒星就對(duì)應(yīng)形成一個(gè)褐矮星。這與我們?cè)谳^低密度的星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)的情況類似。以NGC1333為例，它的密度只有RCW38的十分之一，但是他形成的褐矮星的數(shù)量與恒星數(shù)量之比和RCW38是一樣的。于是，這讓我們估計(jì)出光是銀河系就大約包含250億至1000億顆褐矮星！RCW38里可能就包含了許多我們看不到的、質(zhì)量更小、亮度更暗的褐矮星。

這個(gè)結(jié)果出人意料，因?yàn)檫@和理論預(yù)言不相符。這非常令人驚奇，因?yàn)橄惹暗挠^測(cè)暗示恒星密度應(yīng)當(dāng)會(huì)對(duì)褐矮星與恒星的數(shù)量之比有影響。但實(shí)際上，情況并非如此！

NGC 1333反射星云，位于英仙座。（來源: X-ray:NASA/CXC/SAO/S.Wolk et al; Optical: DSS & NOAO/AURA/NSF; Infrared:NASA/JPL-Caltech）

問：在你的研究領(lǐng)域，最令你激動(dòng)的是什么？

答：在研究褐矮星的過程中，我們經(jīng)常需要思考下一步該怎么做，才能讓我們獲得更多關(guān)于褐矮星特性的信息，或是關(guān)于它們?nèi)绾涡纬傻募?xì)節(jié)。所以當(dāng)有新的機(jī)會(huì)去做我們從未做過的事，比如使用了一個(gè)新的儀器或者一個(gè)最新技術(shù)的時(shí)候，我會(huì)非常激動(dòng)。近期，關(guān)于讓詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡（JWST）盡早升空以用于科學(xué)研究的呼聲高漲。想象一下，只要幾年以后，我們就能用上這超贊的設(shè)備來觀測(cè)年輕星團(tuán)中的“類木漂流天體”，沒有什么能比這更令人興奮了！

問：在天文學(xué)領(lǐng)域中，下一個(gè)重點(diǎn)問題會(huì)是什么？

答：其中一個(gè)我非常感興趣的問題是：褐矮星的質(zhì)量到底可以有多小，是否存在一個(gè)形成褐矮星的質(zhì)量下限？這將回答我們這類天體是如何形成的。我們?cè)谀暧椎男菆F(tuán)中觀測(cè)到的最小質(zhì)量的褐矮星僅有木星質(zhì)量的五倍大。要看到更小的褐矮星，我們只能等待下一代望遠(yuǎn)鏡的服役，比如詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡和歐南臺(tái)的極大望遠(yuǎn)鏡（ELT）。另一個(gè)問題是，褐矮星能否擁有行星系統(tǒng)？在中紅外及亞毫米的更長(zhǎng)波段的觀測(cè)結(jié)果揭示，他們周圍是環(huán)繞著盤狀結(jié)構(gòu)的。觀測(cè)到的最小的擁有盤狀結(jié)構(gòu)的天體是OTS44，這是一個(gè)年幼的僅有10-15倍木星質(zhì)量的褐矮星。還有一個(gè)有趣的事實(shí)：甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）在2004年拍攝了第一張系外行星的照片，那正是一顆環(huán)繞著褐矮星運(yùn)行的行星！

問：為了研究RCW38，你們使用了歐南臺(tái)帕拉納觀測(cè)站的甚大望遠(yuǎn)鏡。在帕拉納工作是怎樣的體驗(yàn)？

答：我作為歐南臺(tái)的研究員在帕拉納工作了三年?？傮w上天文臺(tái)是一個(gè)絕妙的地方，雖然有時(shí)候會(huì)有些疲倦，但我依舊熱愛這份工作，你也看到了在天文觀測(cè)的背后有多少錯(cuò)綜復(fù)雜的事情。建造并運(yùn)行一個(gè)天文臺(tái)是一份龐大的工作，這需要大量的有著不同技能和專業(yè)方向的人都參與其中。如同一個(gè)巨大的機(jī)械鐘表，所有的零件都必須完美地工作，以盡可能保證世界各處的天文學(xué)家能獲得最佳的數(shù)據(jù)。

歐南臺(tái)在智利帕拉納觀測(cè)站的甚大望遠(yuǎn)鏡（VeryLarge Telescope）。（來源: Dave Jones/ESO）

在這一點(diǎn)，我要贊揚(yáng)我的同事們，他們與我合著了這篇研究論文。沒有整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力，這份工作絕不可能完成。謝謝你們！