宇宙中最大的恆星能大到什麼程度?

2020-12-11 火星科普

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圖為充滿年輕恆星的昴星團(M45)

恆星遍布宇宙之中,夜空中肉眼所看到的星點基本上都是恆星。雖然那些星星看起來只是不起眼的亮點,但它們實際大都比太陽還大,例如,冬季大三角中的南河三,它的質量是太陽的1.5倍,半徑是太陽的2倍。

那麼,在這些恆星中,最大的能有多大呢?

對於處在主序階段的恆星,也就是那些正在進行氫核聚變的恆星,太陽以及夜空中肉眼可見的恆星都是屬於這類恆星。它們的質量越大,半徑也會越大。

然而,當恆星離開主序階段時,它們會開始氦核聚變,由此會導致外層劇烈膨脹,從而演變為體型龐大的紅巨星、或者紅超巨星、甚至是紅特超巨星。因此,在談論最大恆星時,需要區別是質量最大,還是體積最大。

質量最大的恆星

迄今為止,天文學家在宇宙中發現質量最大的恆星是R136a1,它重達太陽的315倍,至少也有太陽的265倍。這顆恆星不在我們的銀河系中,而是位於銀河系的衛星星系之中——大麥哲倫星系,距離我們16萬光年。R136a1的半徑大約是太陽的30倍,密度約為太陽的1%。

那麼,宇宙中質量最大的恆星能大到什麼程度?

恆星是宇宙中的星雲通過引力坍縮作用而形成,聚集的星雲越多,恆星的質量越大。但由於愛丁頓極限的存在,原恆星不會無限吸收星雲,其質量存在上限。

當星雲不斷聚集到原恆星中,強烈的引力坍縮效應使得核心區域的溫度和壓力高到足以點燃恆星。通過氫核聚變反應,恆星會不斷產生向外的輻射壓,以對抗引力坍縮。當恆星的光度超過愛丁頓光度時,強大的輻射壓會驅散周圍的星雲,阻止它們落入恆星之中,從而讓恆星停止生長。理論上,恆星的質量上限約為太陽的300倍。

體積最大的恆星

目前,人類已知的體積最大恆星在銀河系中,它就是距離地球5100光年的盾牌座UY,它的體積將近太陽的50億倍,半徑為太陽的1700倍。盾牌座UY已經不是主序星,而是紅特超巨星。雖然盾牌座UY的體積極其巨大,但它目前的質量只有太陽的10倍,遠小於R136a1。

那麼,宇宙中半徑最大的恆星能達到什麼程度?

恆星的質量存在上限,恆星的半徑也不會無限增加。當大質量恆星劇烈膨脹到足夠大的程度時,自身的引力將無法束縛住外層的物質,它們將會脫離恆星,這使得恆星的半徑是有限的。據估計,恆星的半徑上限約為太陽的2500倍,體積相當於太陽的150億倍。

宇宙中可能存在過的最大「恆星」:類星

在早期宇宙中,空間比現在小得多,星雲的密度也會大得多。在這樣的環境中,可能會誕生一種十分特殊的「恆星」——類星。

類星不像目前的恆星那樣通過核聚變反應來發光發熱,它們的中心是黑洞,外層物質坍縮到黑洞中將會釋放出巨大的能量。為了抵抗這種強大的輻射壓,類星的質量估計高達太陽的1000倍。類星的半徑則高達太陽的7200倍,相當於日地距離的67倍。如果把太陽替換成類星,那麼,不管是海王星,還是更遙遠的柯伊伯帶,它們都在類星的內部。

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