褐矮星有時被稱為失敗的恆星，因為它們通過引力坍縮形成恆星的樣子，但從未獲得足夠的質量來點燃核融合。最小的褐矮星在質量上可以與巨行星重疊。在尋找最小褐矮星的過程中，使用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的天文學家發現了新的記錄保持者：一個重量僅為木星質量三到四倍的天體。

這張圖片來自美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的 NIRCam（近紅外線相機）儀器，顯示的是星團 IC 348 的中心部分。影像中飄忽不定的簾幕是反射星團恆星光線的星際物質–這就是所謂的反射星雲。這些物質也包括被稱為多環芳烴（PAHs）的含碳分子。來自星團中質量最大恆星的風可能有助於形成視野右側看到的大環圈。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Kevin Luhman（PSU）、Catarina Alves de Oliveira（ESA）

褐矮星是介於恆星和行星之間的天體。它們像恆星一樣形成，密度越來越大，足以在自身引力的作用下坍縮，但它們的密度和溫度從未高到足以開始融合氫氣並變成恆星。在低等級的褐矮星中，有些可以與巨行星相媲美，其質量僅為木星的數倍。

天文學家正試圖確定能夠以類似恆星的方式形成的最小天體。一個使用美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的研究小組已經確定了新的記錄保持者：一顆自由漂浮的微小褐矮星，其質量僅為木星的三到四倍。

這張圖片來自美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的近紅外線相機（NIRCam）儀器，顯示了星團IC 348的中心部分。天文學家在這個星團中尋找自由漂浮的微小褐矮星：這些天體小得不像恆星，但比大多數行星都要大。他們發現了三顆質量小於木星八倍的褐矮星，它們被圈在主圖中，並顯示在右側的詳細圖中。最小的一顆質量僅為木星的三到四倍，這對恆星形成的理論提出了挑戰。

影像中飄忽不定的簾幕是星際物質，它們反射著星團恆星發出的光–這就是所謂的反射星雲。這些物質也包括被稱為多環芳烴（PAHs）的含碳分子。最靠近畫面中心的明亮恆星其實是一對雙星系統中的 B 型恆星，它們是星團中質量最大的恆星。這些恆星產生的風可能有助於形成視野右側的大環圈。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Kevin Luhman（PSU）、Catarina Alves de Oliveira（ESA）

為了找到這顆新發現的褐矮星，Luhman和他的同事Catarina Alves de Oliveira選擇研究位於英仙座恆星形成區約1000光年外的IC 348星團。這個星團很年輕，只有大約 500 萬年的歷史。因此，任何褐矮星在紅外光下都會相對明亮，因為它們在形成過程中散發出熱量。

研究小組首先利用韋伯望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam）對星團中心進行了成像，從亮度和顏色上識別出褐矮星候選者。他們利用韋伯的 NIRSpec（近紅外線攝譜儀）微快門陣列對最有希望的目標進行了追蹤。

韋伯望遠鏡的紅外線靈敏度至關重要，它使研究小組能夠探測到比地面望遠鏡更暗的天體。此外，韋伯望遠鏡敏銳的視力使他們能夠確定哪些紅色天體是精確的褐矮星，哪些是球狀的背景星系。

經過篩選，他們發現了三個引人入勝的目標，它們的重量在 3 到 8 個木星質量之間，表面溫度在 1500 到 2800 華氏度（830 到 1500 攝氏度）之間。根據電腦模型，其中最小的一個重量僅為木星的三到四倍。

這張星團 IC 348 的影像由韋伯近紅外線相機（NIRCam）拍攝，顯示了羅盤箭頭、比例尺和供參考的色鍵。

北面和東面的羅盤箭頭顯示了影像在天空中的方位。請注意，相對於地面地圖上的方向箭頭（從上往下看），天空中的北方和東方之間的關係（從下往上看）是顛倒的。

刻度條標註的單位是光年，即光在一個地球年中傳播的距離。 (光傳播的距離等於刻度條的長度，需要 0.1 年）。一光年約等於 5.88 兆英里或 9.46 兆公里。本圖所示的視野寬度約 0.5 光年，高約 0.8 光年。

這張影像顯示的是看不見的近紅外光波長，這些波長已被轉換成可見光顏色。色鍵顯示了擷取這些光線時使用了哪些 NIRCam 濾光片。每個濾光片名稱的顏色就是用來表示通過該濾光片的紅外光的可見光顏色。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Kevin Luhman（PSU）、Catarina Alves de Oliveira（ESA）

要解釋這麼小的褐矮星是如何形成的，理論上具有挑戰性。重而密集的氣體雲有足夠的引力塌縮形成恆星。然而，由於褐矮星的引力較弱，小型氣體雲應該更難塌縮形成褐矮星，對於質量相當於巨行星的褐矮星來說尤其如此。

歐洲太空總署（ESA）的卡塔琳娜-阿爾維斯-德奧利維拉（Catarina Alves de Oliveira）是此次觀測計畫的首席研究員。他介紹：在這個星團中，這個天體不太可能形成一個圓盤，而是像恆星一樣形成，而三個木星的質量是太陽的300倍。所以我們要問，在質量如此之小的情況下，恆星的形成過程是如何運作的？ “

除了提供恆星形成過程的線索，微小的褐矮星也能幫助天文學家更了解系外行星。質量最小的褐矮星與質量最大的系外行星重疊，因此，它們應該具有一些類似的特性。不過，自由漂浮的褐矮星比巨大的系外行星更容易研究，因為後者隱藏在其主恆星的強光之中。

在這次巡天中發現的褐矮星中，有兩顆顯示出一種不明碳氫化合物的光譜特徵，即含有氫原子和碳原子的分子。美國國家航空暨太空總署的卡西尼號任務在土星及其衛星土衛六的大氣層中探測到了相同的紅外線特徵。在星際介質或恆星之間的氣體中也看到過這種紅外線特徵。

“這是我們第一次在太陽系外天體的大氣中探測到這種分子，”阿爾維斯-德奧利維拉解釋。 “褐矮星大氣模式並不能預測它的存在。我們觀察到的天體年齡比以前更小、質量比以前更低，我們看到了一些意想不到的新東西。 “

由於這些天體的質量遠在巨行星的質量範圍之內，這就提出了一個問題：它們究竟是褐矮星，還是從行星系統中噴射出來的流浪行星？雖然研究小組不能排除後者的可能性，但他們認為它們是褐矮星的可能性遠大於被拋出的行星。

彈射出的巨行星不太可能，原因有二。首先，與質量較小的行星相比，這種行星一般並不常見。其次，大多數恆星都是低質量恆星，而巨行星在這些恆星中尤其罕見。因此，IC 348 中的大多數恆星（都是低質量恆星）都不太可能產生如此大質量的行星。此外，由於這個星團只有 500 萬年的歷史，可能還沒有足夠的時間讓巨行星形成，然後被拋出它們的系統。

發現更多這樣的天體將有助於澄清它們的狀態。理論認為，流浪行星更有可能在星團的外圍被發現，因此如果IC 348內存在這種行星，擴大搜尋範圍可能會發現它們。

未來的工作可能還包括進行更長的巡天，以探測更暗、更小的天體。研究團隊進行的短期巡天可望探測到小到木星質量兩倍的天體。更長時間的巡天可以輕鬆達到一個木星質量。

這些觀測是第 1229 號保證時間觀測計畫的一部分。觀測結果發表在《天文期刊》。