第58章 MASS褐矮星（1/2）

2MASS J1541-2250：极低温褐矮星的极限代表

1. 发现与基本特性

2MASS J1541-2250（简称2M1541）是一颗距离太阳系约27光年的Y型褐矮星，最初由2MASS（2微米全天巡天）和WISE（广域红外巡天探测器）在2011年联合确认其存在。它是一颗极低温的亚恒星天体，光谱类型被分类为Y0，使其成为已知最冷的褐矮星之一。

物理参数：

有效温度：300–350 K（约27–77°C，接近地球室温）

质量：10–15 MJup（木星质量）

半径：0.08–0.1 R☉（接近木星大小）

光度：＜0.000001 L☉（仅为太阳光度的百万分之一）

表面重力：log g ≈ 4.5 (/s2)

金属丰度：接近太阳值（\[Fe/H]≈0）

它是继WISE 0855–0714之后，第二颗被认为可能接近星际行星质量范围的褐矮星，几乎模糊了恒星与行星的界限。

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2. 极低温褐矮星的观测挑战

由于表面温度如此之低，2M1541几乎只在中红外波段（4–10 μ）显着发光，而光学和近红外（1–2.5 μ）辐射极其微弱。这使得其研究依赖以下技术突破：

2.1 探测历史

2011年初步发现（WISE数据）：在W1（3.4 μ）和W2（4.6 μ）波段检测到点源，但JHK（近红外）完全不可见。

2012年光谱确认（哈勃WFC3）：首次获得1.1–1.7 μ光谱，显示强烈甲烷（CH?）和水（H?O）吸收。

2013年斯皮策/IRAC扩展观测：确认其在4.5 μ波段的持续辐射，支持存在非平衡光化学过程。

2022年JWST/NIRSpec进一步解析：揭示可能的\\磷化氢（PH?）\\信号，颠覆传统褐矮星大气化学模型。

2.2 观测难点

1. 极度暗弱的红外辐射：J波段（1.25 μ）星等＞24等，需8米级望远镜长时间曝光。

2. 背景恒星干扰：位于银道面附近，易受到前景/背景星污染。

3. 大气模型的局限性：现有理论无法完全解释其极低温大气中的分子分布。

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3. 大气化学与气候特性

2M1541的大气可能是太阳系外唯一与\\巨型气态行星（如木星）\\可比拟的研究样本：

3.1 分子吸收特征

甲烷（CH?）主导：3.3 μ吸收带比理论模型预测的更宽，暗示大气深层可能仍存在湍流混合。

水（H?O）异常：其H?O吸收强度在1.4 μ和1.9 μ处低于预期，可能被高层云雾遮蔽。

可能的磷化氢（PH?）：JWST光谱中3.9 μ的未知吸收可能指示意外的光化学过程。

3.2 云层与气象活动

硫化氢（H?S）+氨（NH?）冰晶云：模型预测其高层大气可能形成类似木星的。

光解雾霾层：高层大气中复杂的碳氢化合物（如C?H?）可能形成类似土卫六的有机雾霾。

可能的天气变化：2015年斯皮策望远镜检测到其4.5 μ亮度波动3%，暗示大气环流或风暴系统。

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