几颗失败的星星棕矮星的插图。(图像来源: Robert Lea) 利用NASA的SPHEREx航天器，天文学家研究了一群被称为‘失败星’的棕矮星。这些奇怪的宇宙物体介于行星和恒星之间，其质量介于木星的13倍到80倍之间（约为太阳质量的0.013到0.08倍）。它们被称为失败星是因为它们像恒星一样，源于坍塌的气体和尘埃云，但未能聚集足够的质量以触发其核心中氢向氦的核聚变过程，这是实际恒星发光的动力。这种形成过程也意味着棕矮星是宇宙的孤独者，独自徘徊在太空的黑暗中，缺乏父星的光芒。这个描述听起来像是类型O负的歌曲歌词（“黑色1号”，有人听过吗？）。根据新研究的负责人，这种说法是恰当的，研究表明，在化学上，这些黑暗和多云世界的气氛与我们太阳系的气体巨行星并没有太大不同。加州理工学院的Zafar Rustamkulov在声明中表示：“它们有点哥特风。” “与系外行星不同，自由漂浮的棕矮星是完全独立的天体，将孤独地消失于永恒之中。我们仍在学习它们的复杂性。” Rustamkulov补充道，从地球轨道上，SPHEREx——即宇宙历史的光谱-光度计，重离子化时代和冰探测器——可以看到地面望远镜几乎无法观察到的光波，因为地球的大气中的水会吸收这些光波。这对于将棕矮星带入光明是很重要的。“我们正在捕捉到整个天空中深红色棕矮星的光。”他说。一片棕矮星的森林 自从1990年代发现棕矮星以来，由于其内部发生的小量核聚变使得它们仅发出微弱的光，因此它们一直有些神秘。这意味着我们对它们的组成、风暴和演化的理解实际上仅来自理论。为了帮助打破这种观察的黑暗，研究团队转向了SPHEREx的数据。他们研究了37颗附近的棕矮星，测量了包括102种波长的光谱，从人眼能看到的最深红色到不可见的红外光。这些本地的失败星涵盖了棕矮星的全温度范围——从华氏4000度到华氏-10度（摄氏2200度到摄氏-20度）。考虑到太阳的温度约为华氏10000度（摄氏5500度），你绝对可以说棕矮星是寒冷的。 SPHEREx观测到的棕矮星。(图像来源: Zafar Rustamkulov/NASA/JPL-Caltech) SPHEREx观察到的棕矮星的光谱使得团队能够确定它们的气氛化学上富含水、二氧化碳、一氧化碳和甲烷。“我们看到这些分子的特征，以及它们在整个温度范围内如何在不同物体间变化。”团队成员、加州理工学院的J. Davy Kirkpatrick说道。“我们的论文集中在仅三十几颗，但我们还有数千颗正在分析的。” “我真的想知道宇宙对棕矮星的多样性设置了怎样的界限。” 所有的颜色 棕矮星已经被其他望远镜，如NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜和已退役的斯皮策太空望远镜定期观测，但SPHEREx宽波长的覆盖使得它在观察这些失败星方面特别有用。这对于等待棕矮星随着衰老和变冷而大气变化的天文学家来说是个好消息。研究人员发现，部分由SPHEREx观测到的棕矮星处于极端变化阶段，它们的云层正在变得清晰，创造出富含甲烷的气氛。团队可能发现了关于棕矮星的重要新细节，但在这些奇怪的天体方面，他们仍处于所谓的神秘街上。Rustamkulov表示：“最先进的模型捕捉到了总体化学趋势，但当涉及到这些多云的过渡时，模型与数据匹配存在困难。” “没有两颗棕矮星是相同的。即使在相同的温度下，它们的光谱看起来也十分不同。” NASA的SPHEREx揭示了棕矮星大气中的甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）等分子。望远镜拍摄的三颗不同棕矮星的影像显示在左侧。(图像来源: Zafar Rustamkulov/国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. Wong (加州大学伯克利分校)等人。致谢: M. Zamani) “这个旅程让我们很多人变成了意外的气象学家。我们知道在我们自己的星球上预测天气是多么困难，我们意识到要解释我们在这些奇怪寒冷的物体中看到的现象将同样具有挑战性。”Kirkpatrick说。“这些发现使我们能够更深入地理解棕矮星的复杂性和多样性。”