上海交通大学李政道研究所青年学者冯发波团队基于2022年发现的55颗巨行星、褐矮星和红矮星样本，揭示类太阳恒星周围2—20天文单位范围内，质量约30倍木星的褐矮星极为罕见，表明此前在短周期轨道发现的“褐矮星沙漠”是一种普遍现象，是行星与恒星形成机制之间的自然边界。该成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），并被编辑选作封面论文。

PNAS 2026年3月封面

褐矮星是介于恒星与行星之间的天体，质量不足以维持稳定的氢核聚变，也无法像行星那样完全不发生核聚变。行星通常通过“自下而上”的核吸积机制形成，恒星则通过“自上而下”的分子云塌缩形成，而褐矮星的形成机制长期存在争议。

图1: 类太阳恒星周围的褐矮星艺术想象图

过去观测发现，褐矮星作为伴星的数量远少于行星或恒星，形成所谓“褐矮星沙漠”，此前普遍认为这一现象只存在于短周期轨道。但本研究首次在轨道周期超过1000天、距离恒星约2—20天文单位的远距离轨道上，同样发现了显著的褐矮星缺失，证明褐矮星沙漠是一种普遍现象。

此外，研究还在雪线（约2–3天文单位）之外至20天文单位的区域，发现了一个新的巨行星种群，其轨道偏心率较低，挑战了“雪线以外行星数量下降”的传统观点。

图2：褐矮星沙漠的想象图

为解释褐矮星沙漠的成因，团队与浙江大学、莱斯特大学合作开展了数值模拟，发现只有当核吸积机制和引力不稳定性机制共同作用时，才能再现观测到的质量与轨道分布。前者倾向形成巨行星与低质量褐矮星，后者则倾向产生大质量褐矮星及低质量恒星。两种机制在约30倍木星质量区间均难以高效形成天体，从而解释了褐矮星在各类轨道上的普遍缺失，也表明褐矮星沙漠是行星与伴星形成机制的分界线。

本研究是团队2022年工作的延续与深化，历时三年完成。论文第一作者为前博士后崔开明（现为英国华威大学博士后），第二作者为李所博士生肖光耀，通讯作者为冯发波副教授。合作者还包括李政道研究所天文分部主任赖东教授、青年学者Masahiro Ogihara、博士后郭康柔等。

研究获得国家自然科学基金、科技部、上海市科委、上海交通大学-华威大学种子基金以及中国科学院南美天文研究中心的支持。