迄今已知最小的恆星,竟與土星差不多大

作者 | 發布日期 2017 年 07 月 18 日 8:41 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly

英國劍橋大學(University of Cambridge)天文學家 Alexander von Boetticher 等人分析發現,EBLM J0555-57Ab 這顆恆星的質量只有 0.081 倍太陽質量(相當於 85 倍木星質量),半徑約為太陽的 0.084 倍(相當於 0.84 倍木星半徑),這樣的大小只比太陽系第二大的行星──土星大一些而已!這項發現使得 EBLM J0555-57Ab 成為迄今已知最小的恆星,也顯示了恆星能到多小的程度。如果有人類可以待在這顆恆星的表面,他將感受到比地球表面高 300 倍的重力強度,意即:一個體重 50 公斤重的人,在 EBLM J0555-57Ab 的表面將達 15,000 公斤(約 15 噸重)!



這顆恆星應該是恆星能達到的最小尺寸,因為若再小一點,質量不夠大,恆星的核心壓力過低,將無法點燃核心氫融合成氦的核融合反應,不能成為正式恆星,而是形成所謂的棕矮星(brown dwarf)。氫核融合反應是太陽等恆星的光與熱能量來源,若能將太陽能有效轉換成地球可用的能源,只需要一點點太陽能,就可讓地球的能源問題解決。

除了尺寸小得驚人之外,像 EBLM J0555-57Ab 這樣又小又暗的恆星,也是偵測地球級且有表面液態水的系外行星最佳場所,因為這類所謂的極低溫矮星(ultracool dwarf),例如 TRAPPIST-1,就已經在其周圍偵測到 7 顆地球級系外行星。但是由於這顆恆星可能比許多已知的氣體巨行星還小而冷,所以它雖然有恆星特徵,但因為太暗、質量又很低,所以比許多大一點的氣體巨行星還難以測得其大小。

EBLM J0555-57Ab 距離地球約 600 光年,位在一個雙星系統內,由 WASP 系外行星搜尋計畫首先發現,兩顆子星的互繞週期約 7.8 天,質量比約為 0.07,顯示 EBLM J0555-57Ab 和主星 EBLM J0555-5 相差頗大,主星 EBLM J0555-5 是顆與太陽差不多的恆星(即所謂的類太陽恆星),伴星 EBLM J0555-57Ab 卻是土星等級的恆星。

WASP 計畫由英國的基爾大學(University of Keele)、華威大學(University of Warwick)、萊斯特大學(University of Leicester)和聖安德魯斯大學(University of St Andrews)合作執行。這個搜尋計畫是透過所謂的「凌日法」(transit)來偵測系外行星的存在,即行星繞恆星公轉過程中,因其軌道面幾乎側向地球,使它週期性通過恆星前方,讓恆星週期性發生亮度減低的現象。但這種搜尋結果總有意外的發現,不見得搜尋到的都是系外行星,有時發現的會是恆星或棕矮星;像 EBLM J0555-57Ab 所在雙星系統有互相掩食的現象,則被歸類為所謂的「食雙星」(eclipsing binary)。

食雙星或凌日行星系統在天文上有非常重要的地位,因為掩食或凌日的週期長短、亮度變化幅度與模式等,可以推算出較小的伴星或行星的質量和大小。確認 EBLM J0555-57Ab 的存在後,von Boetticher 等人又再利用 CORALIE 光譜儀和其他裝置的觀測資料,經由都卜勒擺動法得出的徑向速度來估算出它的質量。

好不容易精確計算 EBLM J0555-57Ab 的質量和半徑,結果發現它與現行估計的 TRAPPIST-1 質量差不多,可是半徑比 TRAPPIST-1 還小了近 30%,因此坐穩了迄今已知最小恆星的位置,也讓它成為已知的非恆星殘骸類天體中密度最大的天體之一。而所有測量結果都與現行的低質量恆星理論模型預測結果吻合,顯示現行理論正確度應該頗高(註:恆星殘骸指白矮星、中子星與黑洞)。

這類低質量恆星雖是宇宙中數量最多的恆星,但時至今日,天文學家對質量和半徑比太陽小 20% 以上的恆星仍不甚了解,EBLM 計畫的推展,就是瞄準這類恆星,改善這塊空白區。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖左至右分別為木星、土星、EBLM J0555-57Ab 和 TRAPPIST-1;前兩者為行星,後兩者為恆星;來源:University of Cambridge) 

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