宇宙可能存在半徑一光年的恆星嗎?聊聊宇宙中的「恆星之最」

2020-12-05 量子探索

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

宇宙這麼大,是否存在半徑為一光年的恆星呢?

「世界之大,無奇不有」,那麼在比地球更大更浩瀚的宇宙中,就可能存在更多刷新我們世界觀的現象和事物出現,並且人類總會說「一山更有一山高」,在宇宙中有無數的恆星,我們的太陽在恆星中並不算特殊,甚至可以說十分的「普通」。

那麼在宇宙中最大的恆星有多大呢?是否可能存在半徑為一光年的恆星呢?這個問題是筆者在網上看到的,其實這個問題十分簡單,那就是「不存在」。在人類目前的研究中,宇宙中是不可能存在這麼大的恆星的。

但是宇宙中確實存在半徑為一光年的天體,甚至比這個範圍還大的天體也存在,那麼宇宙如此之大,為什麼不可能存在半徑一光年的恆星呢?答案其實也很簡單,雖然我們經常說宇宙之大無奇不有,但是宇宙中很多事情都是存在一個「上限」的。

例如,速度就存在上限,也就是「光速」299792458m/s,這個速度就是我們宇宙中的最快速度,甚至時空可以承受的質量也是有上限的,如果一個有質量的物體體積趨於0時,其引力會達到無法想像的地步,導致「時空扭曲」的出現,對於恆星來說,質量和直徑也存在一個上限,如果超過這個上限,就會導致恆星的引力和輻射張力不能平衡,這個恆星就會「分崩離析」。

其實不用我們疑問,科學家早就針對這個問題進行了研究,恆星的大小和質量是否存在上限和下限,對於我們認知宇宙十分關鍵。

在宇宙中存在著大量的輕元素,這些元素會緩慢的因為引力聚集在一起,並且隨著引力的增加這個速度是越來越快的,而在這些輕元素中氫元素佔據了絕大部分,在這個過程中,引力勢能減小轉化為熱能,在元素聚集到一定程度後,就會導致氫元素發生核聚變反應,一個嶄新且炙熱的恆星就這樣誕生了,一些恆星死去後的超新星爆發,噴射出大量的物質會加速這個過程。

質量最大的恆星

形成恆星的最低標準是0.7倍太陽質量,由此可見我們的太陽在恆星家族中絕對不算大,甚至再稍微小一點就無法形成恆星了,而宇宙中恆星的質量上限大約為300倍太陽質量,其實一開始科學家認為,100倍太陽質量的恆星應該就是極限了,但是隨著研究的深入我們發現了一個特殊的天體——R136a1。

R136a1是人類目前發現的質量最大的恆星,也是因為這個恆星出現讓科學家修改了恆星質量上限,這個特殊的恆星十分驚人,在我們的估算中它的質量是太陽的256 ~ 315倍,並且R136a1不僅僅是質量最高的恆星,也是我們目前發現的最亮的恆星之一。

太陽在這個超級恆星面前,顯得有些微不足道,甚至人類很難想像這個恆星有多麼巨大和明亮,R136a1在五秒內釋放出的能量是太陽一年釋放能量的總和,如果把我們的恆星換成R136a1的話,地球會瞬間被它強大的引力拉扯撕碎,就算讓地球遠離這個恆星,地球的磁場也無法抵達它強大的恆星風以及可怕的熱量。或許太陽是一顆平凡的恆星,也是人類的幸運。

當然,質量如此高並且如此明亮的恆星,內部活動也十分頻繁和劇烈,因為強烈的電磁輻射壓以及本身的炙熱,R136a1在不斷流失質量,猛烈的恆星風帶走了大量的能量和恆星質量,科學家估算,R136a1的質量流失速度是太陽的10^9倍,如果從R136a1誕生開始計算的話,R136a1的一生中至少流失了50倍太陽質量的重量。

科學家曾經認為,R136a1的直徑可能會超乎我們的想像,但是實際上這個恆星並不大,它的直徑僅僅是太陽的28~35倍之間,這個距離和一光年有很大的差距,那麼一光年到底有多大呢?

我們的太陽系的直徑就在1~2光年之間,也就是說算上太陽的引力範圍,也只是堪堪達到一光年的範圍,如此大的恆星在宇宙中是不可能存在的,那麼宇宙中體積最大的恆星又是哪一顆恆星呢?

最大的恆星

目前人類發現的體積最大的恆星是盾牌座UY,它的直徑高達25億公裡,而一光年換算成公裡的話,足足有94600億公裡,如果真的存在這麼大的一個恆星,強大的引力是難以想像的,並且這樣大的恆星是無法維持自身穩定的。

盾牌座UY雖然是人類目前發現的體積最大的恆星,但是它的質量卻不高,只有7~10倍太陽質量,這顆恆星之所以如此之大,是因為這顆恆星已經走到了生命的末期,十分不穩定,隨時可能爆發成為壯觀的超新星。

我們可以看上面這個圖片,更加直觀的感受一下恆星的大小差距,一光年的遙遠超我們的想像,雖然我們經常會聽到多少多少光年來形容兩個天體之間的距離,但是對於人類來說,一光年實際上是一個難以跨越的距離,畢竟以宇宙最快速光速,也需要一年才能跑這麼遠。

拿恆星做對比,可以讓我們更正確的認知宇宙的浩瀚,目前可觀測宇宙的直徑是900億光年左右,就算是最大的恆星在黑暗的星空中,也毫不起眼……

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