像恒星一样形成但不发光的最小天体有多小（太阳也是恒星）？与羽翼丰满的恒星相比，它们有多常见？在被抛入星际空间之前围绕恒星形成的“流氓行星”怎么样？当美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜在2021年发射升空后，它将阐明这些问题。回答这些问题将在像恒星这样的天体和那些像行星一样形成的天体之间设定一个边界，前者是由引力塌缩的气体和尘埃云产生，后者是由气体和尘埃聚集在年轻恒星周围的原行星盘中形成。
韦伯太空望远镜还将区分关于褐矮星起源的争议观点，褐矮星是质量在太阳1%到8%之间的天体，不能在其核心维持氢聚变。在英国圣安德鲁斯大学Aleks Scholz领导的一项研究中，研究人员将利用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现银河系附近名为NGC1333恒星苗圃中最小、最微弱的居民。NGC1333星团位于英仙座，距离我们约1000光年，从天文学角度来看，它距离我们相当近，NGC1333星团也非常小，容纳了许多年轻的恒星。
这三个因素使它成为研究恒星形成的理想场所，特别是对于那些对非常微弱自由漂浮天体感兴趣的人。到目前为止发现质量最小的褐矮星只比木星重5到10倍，还不知道是否有质量更低的天体形成在恒星的苗圃中。有了詹姆斯·韦伯太空望远镜，天文学家希望有史以来第一次识别出像木星一样弱小的星团成员。它们相对于较高的棕矮星和恒星的数量将阐明它们的起源，并为我们提供更广泛恒星形成过程的重要线索。
一个模糊的边界
极低质量天体是冰冷的，这意味着它们发出的大部分光都是红外波长。由于受到地球大气层的干扰，从地面望远镜观测到这些红外光非常具有挑战性。由于詹姆斯·韦伯太空望远镜其巨大的尺寸和前所未有的灵敏度看到红外光的能力，詹姆斯·韦伯太空望远镜非常适合于寻找和表征质量低于5倍木星的年轻自由漂浮天体。棕矮星和巨行星之间的区别是模糊的，葡萄牙里斯本大学的团队成员Koraljka Muzic说：有一些质量低于10倍木星的天体自由地漂浮在星系团中。
因为不知道更好的情况，由于它们不围绕任何特定的恒星运行，所以称它们为棕矮星，或行星质量的天体。另一方面，一些大质量的巨行星可能会有聚变反应，一些棕矮星可能会形成圆盘。还有“流氓行星”的问题，形成类似行星的天体，然后被抛出太阳系，这些自由漂浮的天体注定要永远在恒星之间游荡。研究团队计划将使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外成像仪和无缝隙光谱仪(NIRISS)来研究这些不同低质量天体。
光谱仪将来自单一光源的光分解成其组成颜色，就像棱镜将白光分裂成彩虹一样。这种光携带着物质发射或与光相互作用时产生的指纹。光谱仪使研究人员能够分析这些指纹，并发现温度和成分等特性。为了明确确认棕矮星或流氓行星的存在，需要看到光谱中分子的吸收特征。光谱学是很耗时的，能够同时观察许多物体有很大的帮助。另一种选择是首先拍摄图像，测量颜色，选择候选对象，然后去拍摄光谱，这将需要更多的时间，并且依赖于更多的假设。
博科园｜研究/来自：美国宇航局戈达德太空飞行中心
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