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體積是太陽100億倍,地球1.3億億倍!宇宙最大恒星大到什么程度?

 自然田野 2020-07-11
原創(chuàng) 量子科學(xué)論 2020-07-08 16:59:05

卡爾·薩根(Carl Sagan)曾經(jīng)說過,宇宙中的恒星比全球海灘上的沙粒都要多。這句話并非信口開河,也并非毫無根據(jù)。

2016年發(fā)表在《天文學(xué)雜志》上的一份報(bào)告,基于20年來哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù),估計(jì)可觀測(cè)宇宙中有2萬億個(gè)星系。

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記住這是星系,并不是恒星。僅看我們的銀河系中就包含了大約1000億到4000億顆恒星,并且我們的銀河系相對(duì)于宇宙中的其他星系來說,也只是一個(gè)十分普通的恒星集合體。

而且以銀河系10光年的尺度來說,在宇宙中也不過是個(gè)質(zhì)點(diǎn)??紤]到這,你就能知道我們的宇宙有多么龐大了。宇宙中的恒星多于地球上的沙粒,也十分正常。

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我們?nèi)祟愑袀€(gè)習(xí)慣,總是喜歡找一些比較極端的東西,例如,最大、最小、最熱、最冷!那如果要找出最大的恒星的話,無疑在整個(gè)宇宙中就有一個(gè)相當(dāng)大的候選者供我們選擇。

為了做出比較,我們先看下自己的恒星。太陽直徑約為140萬公里,里面可以容納100萬個(gè)地球,還有剩余的空間。

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我們?cè)谘芯亢阈堑臅r(shí)候,會(huì)根據(jù)恒星的光譜類型將恒星分為以上7種類型,而我們的太陽屬于G級(jí)恒星,所以相對(duì)于宇宙中其他類型的恒星來說,太陽在主序星中不管是質(zhì)量還是體積都是偏小的。

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所以在我們已知的恒星中比太陽體積大的恒星多了去了,可以這么說只要是發(fā)藍(lán)光的恒星體積都比太陽大,例如天狼星A、獵戶座上那些看起來既藍(lán)又亮的恒星,他們都比太陽的體積、質(zhì)量要大。

但是宇宙中體積最大的恒星并不是那些最藍(lán)最亮的恒星,而是那些最藍(lán)最亮的大質(zhì)量恒星在演化末期膨脹形成的紅超巨星。

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以前我們一直認(rèn)為已知體積最大的恒星是盾牌座UY,質(zhì)量只有太陽的10倍左右,但由于其已經(jīng)演化到了恒星的末期,脫離氫到氦聚變的主序星階段,因此已經(jīng)膨脹為了紅超巨星。

它的半徑有1708倍的太陽半徑,近8個(gè)天文單位,可以容納489萬億個(gè)地球,如果將盾牌座UY放在太陽的位置上,土星將取代水星成為離太陽最近的行星,其他的行星都將被它吞噬。

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由于紅巨星的質(zhì)量并不大,但是其體積膨脹到了非常遠(yuǎn)的距離,因此引力對(duì)最外層的控制非常弱,每時(shí)每刻都會(huì)有大量的物質(zhì)向外逃逸。

如果以最外層逃逸的大氣為界的話,盾牌座UY距離將達(dá)到400個(gè)天文單位,比冥王星的位置還遠(yuǎn)10倍。

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由于盾牌座UY所處的位置有大量的遮蔽光的塵埃和氣體,在地球上看來這顆恒星的亮度只有9等,十分暗淡,卻紅巨星的氣體向外逃逸不叫嚴(yán)重,邊界十分模糊,因此一直以來我們對(duì)盾牌座UY的真實(shí)大小不是很確定。

最新的測(cè)量認(rèn)為以前我們把它的半徑夸大了,其真實(shí)的大小為755倍的太陽半徑,但是目前還是不確定。

不管確定不確定,盾牌座UY體積最大恒星的寶座已經(jīng)不保。就算之前測(cè)量的沒有錯(cuò),但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些比盾牌座UY更大的恒星。

體積是太陽100億倍,地球1.3億億倍!宇宙最大恒星大到什么程度?

例如位于大麥哲倫星系的,IRAS 05280-6910、WOH G64、HV 888,它們?nèi)齻€(gè)的半徑分別為1738、1788、1,974倍的太陽半徑。它們都比盾牌座UY要大。

其中目前已知體積最大的恒星為“史蒂文森2-18”(Stephenson 2-18),它的半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知的其他恒星,當(dāng)然這也是一顆紅超巨星。

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其位于距離地球2萬光年RSGC2開放星團(tuán)內(nèi),在這個(gè)星團(tuán)中包含了80顆紅超巨星,每一個(gè)體積都十分龐大,但這個(gè)星團(tuán)是一個(gè)年輕的星團(tuán),形成時(shí)間大約為1400萬至2000萬歲,且位于銀河系中心方向。

如此短的壽命說明了,史蒂文森2-18是一顆富含金屬的大質(zhì)量恒星,目前這顆恒星已經(jīng)脫離主序星階段,膨脹為一顆紅巨星,它的半徑達(dá)到了2150倍的太陽半徑,光度為太陽的44萬倍。

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如果將這個(gè)半徑換算為體積,這顆恒星可以裝下大約100億顆太陽,1.3億億顆地球。

如果把它放到太陽的位置上,這顆恒星將吞沒土星,到時(shí)天王星將取代水星的位置,成為離太陽最近的恒星。

除了體積最大以外,這顆恒星也成為了最冷的恒星,因?yàn)槠潴w積的劇烈膨脹,最外層離中心越來越遠(yuǎn),導(dǎo)致其溫度降到了3200K,比太陽表面的溫度還要低。

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所以它也成為了最明亮的低溫恒星。未來的結(jié)局這顆恒星會(huì)經(jīng)歷Ⅱ型超新星爆炸,并將所有的物質(zhì)拋灑到宇宙中,為形成下一代恒星以及行星、甚至是生命提供原材料。

另外需要強(qiáng)調(diào)的是,恒星的體積大小和質(zhì)量沒有多大的關(guān)聯(lián),像這些體積最大的恒星都是將死之星,外層密度會(huì)變得非常低,且彌散,并且在不斷的將大量物質(zhì)拋灑到宇宙中,就像一團(tuán)發(fā)光的稀薄氣體。

體積是太陽100億倍,地球1.3億億倍!宇宙最大恒星大到什么程度?

而那些真正的質(zhì)量非常大的恒星,一般都是處在主序星階段的藍(lán)巨星,目前我們所知質(zhì)量最大的恒星為R136a1,質(zhì)量為太陽的265倍,但半徑只有太陽的30倍。

不過未來我們還會(huì)發(fā)生更多體積更大、質(zhì)量更大的恒星,這對(duì)宇宙來說并不算什么驚喜。

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