作為競爭的失敗者，褐矮星還有機會成為真正的恆星嗎？

褐矮星的夢想是成為一顆恆星，它這輩子還能實現嗎？

Planet 4 / Main Theme

Alien: Covenant (Original Motion Picture Soundtrack)

Jed Kurzel

00:00/02:06

距離地球最近的褐矮星雙星系統Luhman 16。Janella Williams

宇宙中有數不清的恆星，與此同時也有數不清的褐矮星。它們是恆星地位爭奪賽中的loser，由於沒有得到足夠多的物質，而失去了通過氫的聚變把質量轉化成能量的機會。

星雲物質的大部分其實並沒有機會變成恆星，而是成為了小塊的氣體雲、小行星、類地行星、氣體巨行星和褐矮星。褐矮星內部其實也不是死寂的，而是會發生稀有同位素核聚變，但產出的能量很少，沒有辦法讓它成為一顆奪目的明星。

恆星內核核聚變的觸發需要很多條件，比如溫度。要讓氫聚變成氦，溫度至少需要400萬K。孕育恆星的星雲溫度卻很低，幾乎只有幾十K。引力使得氣體雲收縮，分子運動速度加快，溫度逐漸升高。分子密度變大後，熱量就會被圈禁在氣體內部。

獵戶座，擁有大片的分子雲和從中誕生的恆星。Rogelio Bernal Andreo

如果物質聚集量很大，那麼內部溫度就有機會突破100萬K。這個溫度雖還不足以讓氫聚變成氦，但會觸發一種非常特殊的聚變反應——氘聚變。氘是氫的稀有同位素，約佔宇宙氫總量的0.002%。氘的原子核比氫多一個中子。在此溫度下，氘核能夠和質子——也就是氫核——發生聚變，聚變的產物是氦3——一種不常見的氦同位素。

聚變必然會釋放出能量。雖然沒有恆星聚變釋放得那麼多，卻足以支撐起物質團塊內部，使其不致繼續收縮，進而避免了核心溫度過早突破400萬K的大關。許多大質量恆星就是這樣形成的——它們在這種情形下獲得了充分的時間，攫取了更多的物質。之所以說400萬K是個坎，是因為一旦氫核發生聚變，釋放出的巨大能量會阻止物質繼續積累。沒有氘聚變，也就沒有大質量恆星；沒有氘聚變，宇宙中最大的恆星質量最多不會超過太陽的3倍。而事實上，質量達到太陽幾百倍的巨星比比皆是。

要成為一顆恆星，要使其內部溫度達到400萬K，那麼其質量最少需要達到太陽的7%左右。而成為一顆褐矮星，則無需那麼多。

Luhman 16是一對由褐矮星組成的雙星。NASA

正如宇宙中存在著大量的雙星一樣，宇宙中也存在著大量以雙星方式存在的褐矮星。距離地球最近的褐矮星Luhman 16就是一對雙星。它們兩個之間的距離大約是地球和太陽間距離的三倍左右，而它們的質量加起來絕對超過太陽的7%。也就是說，如果它們合并，那麼就會變成一顆真正的恆星。實際上，任何褐矮星只要獲得額外的物質，使其質量突破氫聚變的下限，那麼它就會變成恆星。

雙星的合并通常需要外因的促成，而這樣的機會是有限的。穩定的雙星雖然會因引力而發生軌道衰減，但如果因此而發生合并，卻要經歷極為漫長的過程，遠遠超出於宇宙當前的年齡。除了極端個例，按照概率來看，每10^18年中——相當於當前宇宙年齡的1億倍——才有1%的褐矮星有此幸運。

但事實上，這個概率可能會高一點。天體雖然是有限的，但其勢力範圍卻要大得多。比如地球是一個有限的圓球，但當太陽耀斑橫掃地球軌道時，地球的外層大氣分子卻可以在背朝太陽的方向伸展出幾百萬公里。最近的觀測結果表明，褐矮星也有類似於耀斑的輻射爆發現象。因此正如低軌道上的人造衛星最終會墜落一樣，在星際氣體中穿行的褐矮星軌道也會因受到阻力而加速衰減，褐矮星之間會加速靠近。假如兩顆褐矮星之間的距離相當於水星和太陽，那麼這種效應就會更加明顯。

GIF/2K

組成Luhman 16雙星的兩顆褐矮星在不同時間點上所處的位置。ESA

褐矮星內核中的氘一旦燃盡，它就會逐漸冷卻。但是即便如此，一旦它們之間發生合并，撞擊產生的能量仍會產生足夠高的溫度和壓力，使其內核再次燃燒。它們合并後很可能會產生一顆質量極小、壽命極長的紅矮星。這類紅矮星的壽命可以超過10萬億年。褐矮星一旦被點燃，那麼它很可能會在遙遠的未來，成為星系中唯一一種仍在發光的恆星。

這類由褐矮星點燃製造出來的紅矮星極為有趣。它內核中的氫會通過聚變變成氦4，而它的內核物質會通過對流與外層發生交換。因此氫燃料的利用十分高效，幾乎可以達到100%。最終，這類紅矮星的成份會變成純粹的氦4。由於質量太小，氦4無法被再次點燃，因此它的遺骸會慢慢收縮，變成一種當前宇宙中可能尚不存在的天體——氦白矮星。

不過宇宙中的大部分褐矮星是沒有機會絕地反擊，成為一顆真正的恆星的，因為褐矮星的合并概率實在太小了。但是那些極少數的幸運者，卻有機會成為一盞能夠照亮末日黑暗的明燈。

讀者專享穿越平行宇宙

Our Mathematical Universe

平行宇宙和多重宇宙是建立在現代科學基礎上的合理想像。無窮的宇宙，意味著無窮的可能。而數學是人類的另一種語言，它是人類理解這個世界的強大工具。正如伽利略所說的那樣，宇宙是「一本用數學語言寫成的書」。所有關於平行宇宙和多重宇宙的可能，都可以通過數學的方式獲得。

著名宇宙學家邁克斯·泰格馬克教授的新書《穿越平行宇宙（我們的數學宇宙 Our Mathematical Universe）》，對平行宇宙、多重宇宙和數學宇宙等概念作了非常精彩的描述。這是一本非常有趣的科普讀物。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！