謙虚な褐色矮星

著者: ドゥ・リアン

監査│黄建

編集者：趙静源

宇宙には目立たない特別な種類の天体が存在します。これらの天体の質量は、最も重い巨大ガス惑星から最も軽い恒星までの範囲で、木星の質量の約 13 ～ 80 倍です。これらの天体は質量が小さいため、水素とヘリウムの核融合を起こすには不十分であり（重水素、三重水素、リチウムの核融合は起こり得るが、水素と陽子の核融合は開始できない）、本当の意味での恒星とはみなされない。このタイプの恒星下天体は「失敗した恒星」と呼ばれます。 1975年、アメリカの天文学者ジル・ターターは、このタイプの天体を褐色矮星と呼ぶことを提案し、現在ではこのタイプの天体の一般的な名前となっています。この質量範囲を下回り、何も周回していないタイプの天体は亜褐色矮星と呼ばれ、時には放浪惑星とも呼ばれることに注目すべきです。

褐色矮星の芸術的概念図（画像提供：NASA）

褐色矮星の発見過程は非常に長く、困難なものでした。褐色矮星は明るさが低く観測が難しいため、長い間理論上存在する天体の一種に過ぎず、このような天体が本当に存在するのかどうかは誰にも答えられませんでした。 1963年、アメリカの天文学者シブ・S・クマールが初めて理論的に褐色矮星の存在を予測した。その後、30年以上の長期にわたって、多くの天文学者が数え切れないほどの探索を行ったが、何も発見されなかった。それはあたかも、宇宙の奥深くに隠れた褐色矮星が天文学者とかくれんぼをしているようなものだった。転機は1995年に訪れた。英国ケンブリッジ大学で開催された「冷たい恒星、恒星系、太陽に関するシンポジウム」で、天文学者のグループが褐色矮星グリーゼ229Bを発見したと発表した。そのスペクトルにはメタンとリチウムが含まれ、表面温度は1000K未満、質量は木星の20～50倍であった。これらの特徴は、それが星ではないことを示していました。グリーゼ 229B のさまざまな特徴と相まって、この天体は最も早く発見された褐色矮星の 1 つであると考えられました (別の天文学者グループがほぼ同時期に別の褐色矮星 Taide 1 を発見しました)。関連論文は同年11月下旬から12月上旬にかけて『ネイチャー』と『サイエンス』に掲載された。 1995年は褐色矮星の隠れ場所への扉が開かれた年だったようだ。その後何年も経ち、天体観測施設の進歩により、世界中の多くの望遠鏡が褐色矮星の探索を始めました。褐色矮星は次々と発見され、人々は次第にこのタイプの天体が珍しいものではないかもしれないと認識するようになりました。

パロマー山天文台とハッブル宇宙望遠鏡による GL229B の画像 (画像提供: NASA)

私たちがよく見る恒星のスペクトル型は、O、B、A、F、G、K、M です。より低温の恒星や褐色矮星を発見した後、天文学者はスペクトル型を低温領域に拡張し、L、T、Y の 3 つのスペクトル型を追加しました。拡張されたスペクトル型のうち、後期型 M 型の一部、L 型の大部分、すべての T 型、および発見されたすべての Y 型矮星は褐色矮星です。 M 型および L 型の褐色矮星の表面温度は比較的高く、そのスペクトルは M 型星のスペクトルに近い。 T型褐色矮星の表面温度は比較的穏やかで、そのスペクトルは巨大惑星のものと似ている。 Y 型褐色矮星の表面温度は比較的低く、知られているスペクトル型の中で最も寒い褐色矮星です。

恒星、赤色矮星、褐色矮星、惑星の比較表（画像はWikipediaより）

褐色矮星の発見により、人々は宇宙の複雑さを実感するようになりました。褐色矮星の研究は、宇宙の進化や星の形成などを理解するのに役立ちます。しかし、褐色矮星の形成メカニズム、内部構造、物理的性質は依然として謎に満ちており、科学者は研究にさらなるエネルギーを注ぐ必要がある。

参考文献

（１）リンダ・シュバイツァー『宇宙探査の世紀：天文学者はいかにして我々の理解を変えたか』、ク・ヤン訳、中国ラジオ・映画・テレビ出版社、2022年5月

（２）張昌熙「褐色矮星を探して」天文学愛好家誌、2021年第7号

（３）グラディ・ロビンス他「CWISE J105512.11+544328.3：ケック/NIRESによる分光学的確認による近傍Y型矮星」天体物理学ジャーナル、2023年11月

（4）SK Leggett他「JWSTからの最初のY矮星データは、動的および非断熱プロセスが冷たい褐色矮星の大気を制御することを示している」、天体物理学ジャーナル、2023年12月

（５）褐色矮星とは何か？、NASAスターチャイルド、https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question62.html

(6) 王友芬、邵正儀。褐色矮星の観測特性と探索[J]。天文学の進歩、2013(1):17-36。

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