失敗恆星的質量極限

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡近期在距離地球約 1,400 光年的火焰星雲（Flame Nebula）成功偵測到自由漂浮的低質量天體，即棕矮星（brown dwarf），也稱為「形成失敗的恆星」。研究顯示，最低質量極限約兩倍木星質量。若結果成立，意味銀河系不應有單獨形成且質量低於兩倍木星質量的天體，除非原為行星，後來拋射出母恆星系統。這項研究對理解恆星與行星的形成機制有重要意義。論文發表於《ApJL》期刊。

恆星與棕矮星皆起源於分子雲。當分子雲塌縮並碎裂為較小的碎塊時，這些碎塊可能進一步演化為個別星體。然而，最後只有核心收縮到夠緻密且溫度夠高的碎塊，才能點燃氫融合反應，成為真正的恆星。無法達到這一門檻的碎塊則持續塌縮，形成棕矮星，因此棕矮星被稱為「形成失敗的恆星」。由於棕矮星缺乏穩定的能量來源，會隨時間逐漸冷卻並變得極為昏暗，使得觀測變得困難。然而，在形成初期，它們仍具有較高的溫度與亮度，能透過紅外線觀測。韋伯望遠鏡憑藉其在紅外線卓越的靈敏度，突破過去探測極限，使天文學家得以首次深入統計火焰星雲內的棕矮星分布，並偵測到極暗弱、質量最低的天體。

▲ 近紅外線影像來自韋伯太空望遠鏡，顯示火焰星雲的一部分，右側內框標示出三個極低質量天體，極有可能為棕矮星。這些天體的溫度遠低於原恆星，需要韋伯望遠鏡的高靈敏度的紅外線觀測才能偵測到。（Source：STScI）

理論上，分子雲的碎裂過程決定了棕矮星的質量下限，可能介於一至十倍木星質量。最新觀測發現，當質量低於十倍木星時，天體數量明顯減少，三倍木星質量的天體少於五倍木星，而兩倍木星以下的天體則未被偵測到。韋伯的探測極限可達木星質量一半，這發現暗示棕矮星與行星的形成機制或許有更明確的分界，即兩倍木星質量。因此，銀河系內若存在自由飄浮的一倍木星質量天體，它們極可能原為行星，後來被行星系統拋射出去，而非獨立形成。

團隊將持續利用韋伯望遠鏡的光譜儀，對火焰星雲內不同天體的性質進行更詳細的分析。目前，質量極低的棕矮星與巨行星的質量範圍仍有重疊，未來的工作重點在於釐清哪些屬於行星，哪些是極低質量的棕矮星，並進一步理解它們的形成機制。