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2017-07-19 迄今已知最小的恆星,竟與土星差不多大!

 
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Artist’s concept of newly-measured smallest star, called EBLM J0555-57Ab, in contrast to planets Jupiter and Saturn and to the small, cool star Trappist-1, known to be home to at least 7 planets. Image via University of Cambridge.  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表面的將達15000公斤(15噸重)!

圖說:由左至右分別為木星、土星、EBLM J0555-57Ab和TRAPPIST-1;前兩者為行星,後兩者為恆星。圖片版權:University of Cambridge。

  這顆恆星應該是恆星能達到的最小尺寸,因為若再小一點的話,其質量不夠大,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,那麼將無法成為正式恆星,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的能量來源,若能將太陽能有效地轉換成地球可以使用的能源,只需要一點點太陽能,就可以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的最佳場所,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,由於這顆恆星可能比許多已知的氣體巨行星還小而冷,所以它雖然具有恆星的特徵,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形的低質量恆星理論模型預測的結果吻合,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%以上的恆星仍不甚瞭解,EBLM計畫的推展,就是瞄準這類恆星,想要改善這一塊空白區。

資料來源:https://www.cam.ac.uk/research/news/smallest-ever-star-discovered-by-astronomershttps://arxiv.org/abs/1706.08781, 2017.07.12, KLC

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