褐色矮星

ディスカバリー

褐色矮星と呼ばれるものが話題になったのは1960年代のことである。褐色矮星の別名として、プラネター、サブサーなどが提案された。しかし、それらは何十年もの間、仮説の域を出なかった。

初期の理論では、0.09太陽質量以下の天体は通常の恒星進化を遂げることはないとされていた。しかし、1980年代後半に0.012太陽質量までの重水素燃焼が発見されたり、褐色矮星の冷たい外気でのダスト形成の影響を受けたりして、これらの理論に疑問が投げかけられるようになった。しかし、褐色矮星は可視光をほとんど発していないため、発見するのが難しい天体でした。しかし、褐色矮星は可視光をほとんど発しておらず、赤外線を強く放射しているため、当時の地上の赤外線検出器では褐色矮星を発見することができなかったのである。

長い間、褐色矮星の発見には成功していなかった。しかし、1988年にGD165Bが発見され、低質量の赤色矮星の特徴を全く備えていないことがわかった。GD165Bは、現在「L型矮星」と呼ばれている天体の原型とされている。当時、最も冷たい矮星の発見は大きな意味を持っていたが、観測上、褐色矮星と超低質量矮星の区別は非常に難しいため、GD165Bを褐色矮星に分類するか、単に超低質量矮星に分類するかが議論されていた。

GD165Bが発見された直後、他の褐色矮星候補が報告された。しかし、そのほとんどは、リチウムが存在しないことから恒星であることが判明し、候補としての役割を果たせなかった。真の恒星は1億年あまりでリチウムを燃焼するが、褐色矮星はそうではない。ところが、褐色矮星は、温度も光度も恒星に近いという不思議な天体です。つまり、大気中にリチウムが検出されたということは、その天体が1億年以上前のものであれば褐色矮星であるということになります。

1994/5年には、2つの明確な恒星状天体（テイデ1号とグリーゼ229B）が発見され、褐色矮星の研究に変化が訪れました。

初めて確認された褐色矮星は1994年に発見されました。この天体は「テイデ1」と呼ばれ、プレアデス散開星団の中に発見されました。ネイチャー』誌は、その号の一面で「褐色矮星発見、公式」と取り上げています。若いプレアデス星団の中にあるということで、距離、化学組成、年齢などが確定しました。テイデ1号の質量は木星の55倍で、明らかに恒星質量の限界を下回っています。

その中でも特に注目すべきは、温度も光度も恒星の範囲をはるかに下回る「グリーゼ229B」である。驚くべきことに、その近赤外スペクトルには、これまで巨大惑星や土星の衛星「タイタン」の大気でしか観測されていなかった2マイクロメートルのメタンの吸収帯がはっきりと現れていた。この発見により、グリーゼ229Bを原型とする、L型矮星よりもさらに低温の「T型矮星」と呼ばれるスペクトルクラスが確立された。

木星質量が65以下の褐色矮星は、進化の過程で熱核融合によるリチウムの燃焼ができない。高品質のスペクトルデータから、テイデ1号は、プレアデス星が形成された元の分子雲の初期リチウム量を維持していることがわかった。これにより、テイデ1号のコアでは熱核融合が行われていないことが証明された。

テイデ1号は、しばらくの間、直接観測で確認された太陽系外の最小の天体と考えられていました。それ以来、1800個以上の褐色矮星が確認されています。その中には、太陽から約12光年の距離にある太陽型星と重力的に結合している褐色矮星のペアであるイプシロン・インディBaおよびBbや、約6.5光年の距離にある褐色矮星の連星系であるWISE 1049-5319など、地球に非常に近いものもある。

L-dwarfのイメージ図


T-dwarfのイメージ図


Y-dwarfのイメージ図

問題点

超低質量の褐色矮星と巨大惑星（～13木星質量）との間の隔たりをどのような基準で定義するかについては、数年前から議論されてきた。形成に基づく考え方と、内部物理に基づく考え方があります。