宇宙中可能存在直徑超過1光年的恆星嗎?

2020-12-04 星辰大海路上的種花家

有句俗話說的很好,「林子大了什麼樣的鳥都有」,那麼是不是可以引申到「宇宙大了什麼樣的天體都有呢?」,當然這是一個腦洞問題,但更是一個科學問題,我們必須以科學的手段來確定下到底有沒有這樣的恆星?

一、宇宙中最大的恆星和最重的恆星分辨是哪顆?

這也許大家就脫口而出啦,畢竟那麼多科普已經讓各位滾瓜爛熟了!

1、最大的恆星:盾牌座UY

2、最重的恆星:大麥哲倫星系蜘蛛星雲R136星團中的R136a1

盾牌座UY的直徑與土星公轉軌道差不多,達到了19天文單位左右!

最重的R136a1的質量則達到了太陽的256倍!

兩者都是宇宙中猶如天王一般的存在!無論是哪個在太陽系中是沒有藏身之所的!

二、為什麼最大的恆星不是最重的恆星?

這個問題非常好,與常見的物體體積和質量成正比的符合大致規律不一樣,恆星是以發展階段為區分標準的,同一個階段內,質量和體積大致成正比,但不同的階段就千差萬別了!

上圖是表現恆星演化與發展的赫羅圖,從中我們可以發現一個規律,中等恆星在脫離主序星階段後會走向紅巨星,這和恆星的結構有關係,在大質量恆星(9倍-40倍太陽質量)中有一個比較厚的輻射層,這導致核聚變後的物質無法通過對流輸送到恆星的各處,在脫離主序星後的氫元素將在內核的外層燃燒,內核氦元素將會逐漸坍縮以加熱到更高的溫度直至點燃氦元素的燃燒階段,劇烈的燃燒將會使恆星將會極度膨脹!而在2.5倍太陽質量以內的恆星則無法在收縮階段燃燒,只能在坍縮-燃燒(氦閃)-膨脹這樣周而復始直至耗盡燃料!

因此最大的恆星是恆星的一個膨脹發展階段,而且反而是其密度最低的階段,因此最大的恆星與最重的恆星並沒有關係!

三、超級藍特超巨星會膨脹成比盾牌座UY更大的紅巨星嗎?

上文說明了9-40倍太陽質量之間的恆星有一個輻射層是膨脹成紅巨星最關鍵的那層氣球膜,因為足夠厚,因此它可以阻止對流到表面,但超過40倍太陽質量的恆星的整個對流程佔了恆星的大部分,而輻射層卻很薄,因此這個級別的恆星並不會經過紅巨星階段,而是在未來的鐵核坍縮中以Ib或者Ic超新星爆發的形式結束自己的生命,而內核將會坍縮成一個黑洞!

四、恆星能無限大嗎?

很多朋友會認為,無限大的恆星會坍縮成黑洞,這肯定沒錯,但這並不是最準確的答案!因為恆星本身的機制不會出現無限大的恆星!因為恆星會發光,會產生輻射壓!因此各位會發現恆星的密度其實並不高,比如太陽的密度只有1.409克/立方釐米,即水的1.41倍左右,這是因為在恆星輻射壓的支撐下,與引力坍縮在某個程度平衡了!因此暫時太陽並不能繼續縮小,當然它暫時也無法擴大!那麼它會在什麼時候膨脹擴大呢?

大約在20-30億年後,即在更猛烈的氦元素燃燒階段,將會產生超強的輻射壓,將外層氣殼向外推,直至脫離恆星引力的束縛最重成為行星狀星雲!這就是紅巨星階段,但質量過大的恆星本身輻射壓就會達到一個閥值,即引力坍縮能所能束縛的極值,如果超過這個值,那麼恆星就會在強烈恆星風(輻射壓)的作用下大幅丟失質量,最終導致恆星質量銳減!而這個就是愛丁頓極限,這個極限是太陽質量的150倍左右!

恆星質量的上限已定,紅巨星的上限質量也已定,所以一光年直徑的目標恆星不可能達到的,因為距離質心過遠,密度過低,那麼幾近於星雲物質,當然黃矮星未來的行星狀星雲可以到達這個規模,但此時早已過了恆星的階段!

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