大質量行星和褐矮星的界線是什麼？
【博科園-科學科普-留言評論或建議有驚喜哦~( ^_^)】什麼時候一顆褐矮星根本不是恆星，而僅僅是一個氣體巨星？什麼時候一個氣體巨人不是行星，而是一個天體更類似於棕矮星？這些問題已經困擾了天文學家多年，現已進入了新定義的中心，對太陽系大型天體進行定義。
約翰·霍普金斯大學的一位天文學家認為他有更好的方法來對這些天體進行分類，而不是僅僅基於質量，而是基於對天體的存在情況以及物體是如何形成的。在《天體物理學雜誌》上發表的一篇論文中，凱文·施勞夫曼提出了一個新的分類系統，它可以幫助解決一些關於哪個物體是氣體行星或褐矮星的爭論。質量是這個新定義中易於理解的部分，但它不是唯一的因素。天體如何形成也是關鍵。
一般來說恆星質量越小溫度就越低。雖然比太陽小的恆星仍能維持產生熱量的聚變反應，但那些太小的原恆星就不能。這些「失敗的」恆星通常被稱為褐矮星，一個新的定義將它們的範圍從木星質量的10-75倍。這個藝術概念比較了一個棕矮星的大小與地球，木星，一個低質量恆星和太陽的大小。圖片版權：NASA/JPL-Caltech/UCB
Schlaufman是約翰霍普金斯大學物理與天文系的助理教授。他為所謂的行星設定了一個極限，這個極限是我們太陽系最大行星木星的4到10倍。在那上面有一顆褐矮星（褐矮星也被稱為亞恆星或失敗的恆星，因為它們的質量從未足夠大到足以成為恆星），行星質量的上邊界是缺失的最重要的細節之一。
對其他太陽系的觀測的改進導致了這個新的定義。以前我們只有自己的太陽系作為參考，現在可以觀察其他的太陽系並提高效率。Schlaufman觀察了146個太陽系，這使得他能夠填補對褐矮星和行星形成的理解的空白。
木星的圖像顯示它的風暴系統。根據新的定義，如果木星在形成時的質量超過其質量的10倍，它就會被認為是褐矮星。圖片：Gemini
Schlaufman說：雖然認為我們知道行星是如何形成的，但仍有很多細節需要去填補，行星質量的上邊界是缺失的最重要的細節之一，回過頭來看看褐矮星和氣態巨行星是如何相互關聯的。太陽系是由氣體和塵埃組成的，在太陽系的早期，有一顆或更多的恆星是由引力坍縮形成的。它們與核聚變一起點燃，成為我們在宇宙中隨處可見的恆星。剩下的氣體和塵埃形成了行星，或者棕矮星。這是太陽系形成的簡化版本。
在太陽系裡，只有一顆恆星形成——太陽。氣態巨行星木星和土星吞噬了大部分剩餘的物質。木星吞噬最多份額使它成為最大的行星。但如果條件不同，而木星一直在增長呢？根據Schlaufman的定義，如果它的尺寸保持在現在的10倍以上，那麼它就會變成一個棕矮星（但這並不是新定義的終點）。
金屬丰度和化學組成
質量只是其中的一部分，新分類背後的真正原因是物體形成的方式，這涉及到恆星中金屬的概念。恆星有金屬含量，在天體物理學中，這意味著恆星質量的一部分不是氫或氦。所以鋰離子的任何元素都被認為是金屬。這些金屬是岩態行星的形成。早期的宇宙中只有氫和氦，而接下來的兩個元素，鋰和鈹，幾乎是微不足道的。因此第一批恆星沒有金屬含量。
這是M80的圖像，一個古老的球狀星團。由於這些恆星形成於早期宇宙，它們的金屬含量非常低。這就意味著像木星這樣的氣態巨行星在這裡是罕見的或者不存在的，而褐矮星則很可能是大量的。圖片版權：NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA – Great Images in NASA Description, Public Domain
但是大爆炸之後的135億年，像我們的太陽這樣的年輕恆星擁有更多的金屬。這是因為一代又一代的恆星壽命和死亡，並在隨後的恆星形成過程中產生了金屬。我們的太陽是在大約50億年前形成的，它具有我們所期待的恆星誕生時的金屬性。它仍然以氫和氦為主，但其質量的2%是由其他元素構成的，主要是氧、碳、氖和鐵。
這就是Schlaufman研究的切入點，可以分辨出像木星和棕矮星這樣的氣態巨星，它們的本質是它們所圍繞運行的恆星。圍繞恆星形成的行星類型反映了恆星自身的金屬特性。像木星這樣的氣態巨行星通常被發現具有與太陽相同或大於太陽的金屬元素。但是棕矮星並不挑剔;它們幾乎在任何恆星周圍形成，這是為什麼呢？
棕矮星和行星形態不同
像木星這樣的行星是由「增生」形成的，岩態的核心形態，然後氣體聚集在它周圍，一旦這個過程完成就有了一個天然氣態巨星。要做到這一點需要金屬。如果金屬在這些岩石內核中形成，它們的存在將反映在主恆星的金屬上。但是棕矮星並不是像行星那樣形成的。形成的方式和恆星一樣——引力坍塌，不是從最初的岩心形成的，所以金屬性不是一個因素。
這讓我們回到Kevin Schlaufman的研究。想要找出一個物體在哪個點上不關心恆星的金屬質量。結論是：超過10倍木星質量的天體並不關恆星是否有岩態元素，因為它們不是由岩石內核形成的。因此不是類似於木星的行星，是由引力坍縮形成的棕矮星。
叫什麼有名字什麼關係？
讓我們來看看冥王星的爭議，來理解為什麼名字很重要。為了精確地分類我們在太空中看到的所有天體的爭論正在進行中。誰能忘記可憐的冥王星的困境？2006年國際天文學聯合會(IAU)將冥王星降級，並剝奪了它作為行星的長期地位，這是為什麼？
因為這個行星的新定義依賴於這三個標準：
1、該行星圍繞著一顆恆星運行。
2、該行星必須有足夠的質量來假設流體靜力平衡(近似圓形)
3、該行星能已經清除了它周圍的軌道
天文學家用更好的望遠鏡觀察冥王星的次數越多，就越意識到它不符合第三個標準，所以它被降級為矮行星，所以很對不起冥王星啊。
冥王星被重新劃分為矮行星，這是基於我們對其性質的日益了解。Schlaufman的新研究能幫助更準確地區分氣態巨行星和棕矮星嗎？2015年7月14日美國宇航局的「新視野號」探測器捕捉到了冥王星的高解析度彩色圖像。圖片版權：NASA/JHUAPL/SwRI
對天文物體的命名規則很重要，因為它們幫助人們理解所有事物是如何結合在一起的。但是有時候關於名字的爭論會讓人感到厭煩。儘管冥王星的爭論越來越無聊，但它仍然很重要。需要某種方式來理解是什麼使對象不同，而名稱反映了不同。這些名字必須反映一些基本的問題。冥王星真的應該被認為是和木星等一樣的天體嗎?這兩顆行星都是同一意義上的行星嗎？
同樣的原理也適用於棕矮星和氣態巨行星。僅僅根據它們的質量給它們命名並不能告訴我們多少，Schlaufman的目標是改變這種狀況。新定義是有意義的，因為它依賴於這些物體的形狀和位置，而不僅僅是它們的大小（當然並非所有人都會同意）。
知識：科學無國界，博科園-科學科普
作者：Evan Gough
內容：經「博科園」判定符合今主流科學
來自：Universe Today
編譯：中子星
審校：博科園
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