韋伯望遠鏡喺 IC 348 發現破紀錄超低質量棕矮星

喺一個距離地球約 1,000 光年、位於英仙座恆星形成區嘅「星雲育嬰室」IC 348，NASA 嘅詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（Webb）發現咗估計低至約兩個木星質量嘅自由漂浮棕矮星。呢類天體唔圍繞任何恆星公轉，質量又接近巨型行星，正正踩喺行星同「未能點著核聚變」嘅恆星之間嘅模糊地帶。 1

點樣喺咁暗嘅星雲入面搵到佢哋？

IC 348 既有明亮嘅幼年恆星，亦充滿塵埃、氣體同被遮掩嘅新生天體。韋伯擅長近紅外線觀測，能夠穿透部分塵埃，亦足夠靈敏去捕捉極冷、極暗嘅次恆星天體。 1

研究團隊採用兩步方法：

1. NIRCam 成像：以近紅外線相機量度候選天體嘅亮度同顏色。年輕而低溫嘅棕矮星，喺呢啲數據中會呈現出有別於普通恆星及背景天體嘅特徵。
2. NIRSpec 光譜分析：再為選定目標取得光譜，檢查其低溫、年輕嘅次恆星大氣特徵，並據此推算質量等物理性質。

較早前嘅韋伯 IC 348 搜尋曾找到三個質量低過八個木星質量嘅自由漂浮棕矮星，其中最輕一個約為三至四個木星質量。今次更深入嘅後續觀測，將推算下限再推低至約兩個木星質量。 3

兩個木星質量，點解咁重要？

棕矮星嘅質量不足以維持氫核聚變——即係一般恆星長期發光嘅能量來源。較高質量嘅棕矮星或可短暫進行氘核聚變，但最終唔會成為可以長期燃燒氫嘅恆星。

問題係，最低質量嘅 IC 348 成員，質量已經同巨型行星相若；但佢哋係獨自漂浮，唔係喺一粒恆星周圍嘅原行星盤內形成同運行。所以單靠質量未必可以決定名稱：一個天體可以有「行星級」質量，但若其起源較似星際雲直接坍縮形成，仍可能被歸類為棕矮星或行星質量天體。

呢個分別牽涉天體形成理論。傳統星際雲碎裂模型，要直接形成只有幾個木星質量、又獨立存在嘅天體並不容易。NASA 指出，今次發現對恆星形成模型帶來挑戰；觀測限制咗 IC 348 所見天體嘅最低質量，但未能單憑而判定佢哋究竟經歷咗雲氣坍縮、星系統動力拋射、星周盤碎裂，抑或多種途徑形成。 1

「約兩個木星質量」唔係直接磅重

呢個數字係推算值，而唔係直接量度到嘅重量。對於非常年輕嘅棕矮星，研究人員會將已量到嘅亮度、光譜，同描述天體隨時間冷卻及變暗嘅演化模型對照，從而估計質量。因此，結果會受目標年齡同早期演化假設影響。

較穩妥嘅理解係：IC 348 之中有已確認或有強證據支持、處於極低質量範圍嘅次恆星成員；呢個結果唔代表已經劃出一條精準、絕對嘅「棕矮星／行星分界線」。

細到近似行星，身邊仍可能有盤

兩個新發現嘅 IC 348 成員，推算質量分別約為兩個同十個木星質量，均顯示明顯紅外線超額訊號，與星周盤物質相符。呢啲盤可以提供日後形成行星或衛星嘅物料。

最令人好奇之處係，接近行星質量嘅天體本身，身邊都可能保留「造世界」嘅原材料。不過要講清楚：紅外線超額只代表盤狀物質存在，唔等於韋伯已經直接拍到行星正在形成；目前未有喺呢啲系統中直接成像到成長中嘅行星。

同一幅星雲圖，仲見到噴流同激波

IC 348 嘅大型拼接影像唔止係一次棕矮星普查。幼年恆星會向周圍猛烈噴出物質流，撞擊附近氣體同塵埃，改造周遭環境；韋伯影像清楚顯示咗呢啲強勁噴流。

當噴流撞落星際物質，就會形成發亮嘅赫比格－哈羅天體（Herbig-Haro objects），即係激波結構。影像中可見 HH 797 同 HH 211 等特徵，將仍被塵埃包住嘅原恆星、剛誕生嘅幼星、外流噴流、星周盤，以至最暗嘅自由漂浮次恆星天體，一次過呈現喺同一個恆星育嬰室。

最低質量端仲有大氣化學之謎

部分極低質量棕矮星嘅光譜，出現咗與一種未能確認嘅脂肪族碳氫化合物相關嘅吸收訊號。類似嘅 3.4 微米吸收特徵，曾經喺星際介質，以及土星同土衛六泰坦嘅大氣中被報告。 714

研究人員曾提出，呢種不尋常光譜行為可能值得為該類目標另設新分類；但分子嘅精確身分同新分類方案都未有定論。現時，呢個訊號更似一條線索，而唔係最終答案，提示最細小自由漂浮棕矮星可能有未被充分理解嘅大氣化學。 9

IC 348 改變咗乜？

韋伯將 IC 348 中已觀測到嘅自由漂浮棕矮星質量下限，由早前約三至四個木星質量，推到約兩個木星質量。結果顯示，恆星形成區可以產生一批質量原本主要令人聯想到行星嘅獨立天體；而佢哋嘅星周盤同異常光譜，亦令「佢哋點樣形成、會點樣演化」成為下一輪問題。

下一步唔只係搵到更暗嘅目標，而係要分辨呢啲天體係由星際雲直接坍縮、受動力作用被拋出、星周盤碎裂，還是經由多條路徑誕生；同時亦要了解，佢哋身邊嘅盤最終會唔會砌出更細小嘅世界。