一张褐矮星的艺术家印象图。美国国家航空航天局喷气推进实验室加州理工学院
褐矮星：太小不能成为恒星，太大不能成为行星。
这些介于两者之间的宇宙天体直到20世纪90年代才被发现，它们不够大，无法像真正的恒星那样炽热而明亮地燃烧，而是通常发出温暖而微弱的光芒。
发表于《科学》期刊的一项新研究中，一组天文学家报告称，在名为Wolf1130C的褐矮星中检测到了一种令人惊讶的物质：一种名为磷化氢的化学物质，它曾是关于金星存在生命证据的争议性说法的焦点。
然而，在棕矮星动荡且恶劣的大气中存在磷化氢这一现象表明，我们对这种小而简单的分子的生命周期的理解尚不完整——并且让人对其可被视为外星生命生物特征的观点产生了怀疑。
什么是褐矮星？
像真正的恒星一样，褐矮星是由太空中坍缩的气体云形成的。气体在向内坍缩时会升温，但在褐矮星内部，温度永远不足以触发氢聚变为氦的反应——而正是这种反应为恒星提供能量。
但只要这团气体云的质量至少是木星的13倍，它就会热到足以使一种略重的氢——氘发生聚变。从天体物理学的角度来看，这种聚变会在100万到1亿年之间很快耗尽。
然而，引力坍缩和核聚变在棕矮星的核心产生了大量的热量。这形成了一个对流循环：核心附近的气体受热上升，将热量传递到上层，然后冷却并回落。
褐矮星比恒星冷得多。最年轻、最大的褐矮星表面温度可达2000摄氏度，但最冷的褐矮星表面温度接近室温。
一旦来自核心的热量到达棕矮星的表层，它就主要以红外光光子的形式辐射到太空中。
红外波长难以用地面望远镜观测，但像詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）这样的空间望远镜能获得更好的视野。这让我们能更清晰地观测褐矮星。
磷化氢怎么了？
有趣的化学反应和过程发生在褐矮星中，其方式与在热星中不同。
对于附近的褐矮星，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）可以观测这些化学过程的结果。它通过寻找每种分子的条形码来实现这一点——即褐矮星发出的光谱中特定的暗线模式。
磷化氢是一种简单的分子，由一个磷原子和三个氢原子组成。
2020年，一些科学家认为他们在金星大气层中检测到了磷化氢的光谱特征。金星上的条件意味着磷化氢在那里应该会很快被分解，所以检测到它就意味着有某种物质正在大量制造磷化氢。
在地球上，磷化氢仅因生命活动而存在，因此磷化氢被广泛研究，作为一种潜在的生命迹象。所以在金星上的潜在发现令人兴奋。
但深入挖掘这些头条新闻背后的信息，情况则更为微妙。在木星和土星的大气层中都发现了磷化氢，但没人认为这些行星的云层中有生命存在。
原因是我们了解磷化氢在这些行星大气层的较低层是如何形成并留存的。然后它上升到表面，在那里会迅速被分解——但在我们看到其光谱特征之前不会。
褐矮星中的磷化氢呢？
在更热或更大的系统中，如棕矮星和热木星系外行星，磷化氢会发生什么变化？
根据一些模型，我们应该在这里观测到大量的磷化氢。但此前詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）对23颗温度在100°C至700°C之间的棕矮星进行观测时，并未发现磷化氢。
然而，最近在棕矮星沃尔夫1130C（温度约320°C）上观测到的磷化氢与模型非常吻合。为什么呢？
这项新研究的研究人员目前还不确定。他们的最佳猜测是，这可能与沃尔夫1130C行星年代久远且金属含量较低这一事实有关。
目前，他们得出了一个简单的结论：没有一个一致的模型能够解释我们在木星、土星、Wolf1130C、其他褐矮星以及系外行星气态巨行星大气中观测到的磷化氢含量。在缺乏更深入理解的情况下，将磷化氢用作生物特征的做法是值得怀疑的。
所以或许金星上终究还是存在磷化氢的，但成因是未知的化学或物理作用，而非生物作用。外星生命仍然是最后才会考虑的假设。
相关知识
棕矮星是一种处于恒星和行星之间的天体。它的质量比行星大，但又不足以像恒星那样在核心发生持续的氢核聚变反应。棕矮星温度较低、亮度较弱，常被称为失败的恒星，在研究恒星和行星形成演化过程等方面具有重要意义。
棕矮星的形成过程与恒星类似，都是由气体和尘埃云在引力作用下坍缩形成的。然而，由于其质量不够大，核心温度和压力无法达到引发氢核聚变的程度，所以棕矮星不能像恒星那样持续发光发热。
虽然棕矮星不能进行氢核聚变，但在其形成初期，内部会进行一些其他的核聚变反应，比如氘核聚变。这些反应会释放出一定的能量，使棕矮星在形成后的一段时间内能够发出微弱的光和热。
棕矮星的表面温度相对较低，一般在几百到几千开尔文之间。这使得它们的颜色通常呈现出棕色或红色，因此被称为棕矮星。由于其温度低、亮度暗，棕矮星很难被直接观测到，通常需要借助红外望远镜等特殊设备来发现它们。
棕矮星对于天文学研究具有重要意义。它们可以帮助科学家更好地理解恒星和行星的形成过程，以及天体质量和物理性质之间的关系。通过对棕矮星的研究，我们可以进一步揭示宇宙中天体演化的奥秘。
BY: Laura McKemmish
FY: AI
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