木星要是再重七八十倍，核心的温度和压力就足以点燃氢，成为一颗真正的恒星。差在这条线以下的，是褐矮星：它们会发光，靠的是出生时引力塌缩留下的余热，而不是稳定的核聚变。随着时间推移，它们变暗、变红，最后冷到和行星差不多。用「失败」来形容并不准确，它们只是停在了另一条路上。
褐矮星的质量上限约为 75 到 80 倍木星质量，这是氢稳定燃烧的门槛；下限约为 13 倍木星质量，这是氘能燃烧的门槛。它们不进入主序，只靠余热冷却，表面温度从约 2200 K 一路降到 500 K 以下，形成 L、T、Y 三个光谱型。已知最冷的样本约 250 K。
13 和 75 是两条不同的线
13 倍木星质量对应氘的点火条件。氘的库仑势垒低，聚变所需的温度比氢低得多，所以这条线更容易跨过。
75 到 80 倍木星质量对应氢的稳定燃烧。跨过这条线，核心的辐射压才能长期对抗重力，天体进入主序，成为一颗红矮星。
13 这条线更微妙。一颗褐矮星如果质量略高于它，会在年轻时烧掉几乎全部氘，然后熄火；低于它，连氘都烧不起来。这条线因此常被当成分类的工作边界。
褐矮星的颜色由云和温度共同决定
L 型的温度约 1300 到 2200 K，大气里飘着铁和硅酸盐的云滴。云层让光谱变得复杂，也让亮度随时间起伏。
再冷一些进入 T 型，约 500 到 1300 K。这时云层沉降到更深的地方，大气以甲烷吸收为主，颜色偏暗红。
Y 型在 500 K 以下，是近十几年才补齐的一段。它们的辐射峰值移到红外，几乎不发光，只能在红外巡天里找。
「失败」是修辞，不是物理判断
褐矮星不产能，但它有对流、有磁场、能发出射电辐射，部分样本还出现了类似极光的射电爆发。
它的大气里也有云、有天气变化。亮度曲线在几小时到几天里起伏，被解释为云层的旋转与演化。
从结构上说，它与巨行星是连续的，中间的界线是人划的。这一点直接影响我们怎么称呼那些自由漂浮的小质量天体。
质量和年龄在观测上缠在一起
一颗褐矮星越老越暗，一颗质量更小的褐矮星也可以同样暗。只看亮度与温度，无法同时定出质量和年龄，这叫质量-年龄简并。
破解办法之一是测锂。锂在约 200 万 K 以上会被摧毁，质量足够大的褐矮星能把锂烧掉，质量小的则保留。测到锂，就说明质量偏低。
另一个办法是找双星。两颗褐矮星互相绕转，轨道运动直接给出质量，这是最硬的定标，但样本很少。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 氘燃烧门槛 | 约 13 M_J | 理论计算 |
| 氢燃烧门槛 | 约 75–80 M_J | 理论计算 |
| L 型有效温度 | 约 1300–2200 K | 光谱分类 |
| T 型有效温度 | 约 500–1300 K | 光谱分类 |
| Y 型有效温度 | 低于约 500 K | 光谱分类 |
| 最冷样本温度 | 约 250 K | WISE 0855 观测 |
哪些是观测，哪些还是推断
常见问题
会越来越暗。它没有稳定产能，只能靠余热，几十亿年后表面温度降到几百 K，主要在红外波段可见。
不是正式定义。国际天文学联合会没有给出硬性界线，13 倍只是常用的工作约定，不同研究采用的值略有差别。
有观测候选。部分褐矮星周围发现了行星质量的伴星，这给形成理论出了难题，因为褐矮星本身的形成机制还在讨论。
延伸阅读
- Nakajima, T. et al. 1995, Discovery of a Cool Brown Dwarf, Nature 378, 463
- Rebolo, R. et al. 1995, Discovery of a Brown Dwarf in the Pleiades Star Cluster, Nature 377, 129
- NASA WISE 任务页：褐矮星与近邻恒星（nasa.gov）