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從海灘的沙粒到宇宙的恒星:探索宇宙中的巨型最大恒星

2024-08-14科學

卡爾·薩根曾經提到,宇宙中的恒星數量遠超地球上所有海灘的沙粒總和。這種說法並不是隨意的誇張,而是有充分的科學依據。

2016年發表在【天文學雜誌】的一篇研究報告顯示,根據過去20年哈伯太空望遠鏡收集的數據,估計整個可觀測宇宙存在大約兩萬億個星系。

需要註意的是,這裏提到的是星系數量,不是單個恒星。單單我們所在的銀河系,就包括了大約1000億至4000億顆恒星,而銀河系在宇宙中只是眾多普通星系之一。

銀河系如果以10光年的尺度來衡量,在宇宙的廣袤中幾乎等同於一個點。從這個角度出發,宇宙的浩瀚可見一斑。因此,說宇宙中的恒星數量超過地球上的沙粒也就不足為奇了。

人類常常喜歡探索極端事物,比如最大或最小的東西,最熱或最冷的溫度!如果尋找宇宙中最大的恒星,我們有很多龐大的候選者。

為了進行比較,我們可以先從太陽說起。太陽的直徑大約是140萬公裏,足以容納約100萬個地球,還留有額外空間。

在恒星研究中,根據光譜類別,恒星被分類為七種不同的類別,太陽屬於其中的G型恒星。相較於宇宙中的其他恒星,無論是質素還是體積,太陽在主序星中都屬於較小的一類。

因此,在已知的恒星中,體積超過太陽的恒星數不勝數,基本上所有發藍光的恒星都比太陽大,例如天狼星A、獵戶座的明亮藍星等,這些恒星無論是體積還是質素都大於太陽。

然而,宇宙中體積最龐大的恒星並不是那些最亮最藍的,而是一些在演化末期膨脹成紅超巨星的大質素恒星。

以前認為已知最大的恒星是盾牌座UY,盡管它的質素只有太陽的10倍左右,但由於它已經進入恒星演化的末期,超出了氫到氦的聚變主序階段,因此膨脹成了紅超巨星。

盾牌座UY的半徑是太陽的1708倍,幾乎達到8個天文單位,可以裝下約489萬億個地球。如果將盾牌座UY置於太陽所在的位置,土星將變成距太陽最近的行星,其他行星將被其吞沒。

盡管紅巨星的質素並不巨大,但由於其巨大的體積膨脹到很遠的距離,因此其對最外層的重力控制十分薄弱,不斷有大量物質從表層逃逸。

如果以逃逸的大氣層為邊界,盾牌座UY的半徑將達到400個天文單位,是冥王星距離的10倍。

由於盾牌座UY所在區域有大量阻擋光線的塵埃和氣體,從地球觀測這顆恒星只有九等星的亮度,非常暗淡。由於紅巨星的氣體外逸嚴重,其邊界非常不清晰,我們對盾牌座UY的真實大小一直沒有確切的認識。

最新的測量表明,之前對其大小的估計可能過大,現認為其真實半徑約為太陽的755倍,但這一數據仍有待確定。

雖然盾牌座UY曾被視為體積最大的恒星,不過,更大的恒星已被發現,如位於大麥哲倫星系的IRAS 05280-6910、WOH G64、HV 888,它們的半徑分別為1738、1788和1974倍太陽半徑。

目前已知體積最大的恒星是史蒂文森2-18,位於距地球2萬光年的RSGC2開放星團內,這個星團包含了80顆紅超巨星,都非常巨大,且是一個年輕的星團,形成時間約為1400萬至2000萬年,位於銀河系中心方向。

這顆富含金屬的大質素恒星已經超出了主序星階段,膨脹為一顆紅巨星,其半徑達到了太陽的2150倍,亮度為太陽的44萬倍。

將這個體積轉換成容量,這顆恒星可以容納約100億顆太陽,1.3億億顆地球。

如果史蒂文森2-18被置於太陽的位置,它將吞沒土星,使天王星成為距太陽最近的行星。

除了是體積最大的恒星,史蒂文森2-18也是最冷的恒星之一,因為其體積巨大導致外層遠離核心,使得溫度降至3200K,低於太陽表面溫度。

因此,這顆恒星也被認為是最亮的低溫恒星。未來,這顆恒星可能會經歷Ⅱ型超新星爆炸,將其物質散布到宇宙中,為新一代的恒星、行星乃至生命的形成提供原材料。

需要指出的是,恒星的體積與質素並無直接關系,像這些體積巨大的恒星多是將死之星,外層密度極低,而且不斷地向宇宙中散播大量物質,宛如一團發光的稀薄氣體。

而那些質素極大的恒星,通常都是位於主序階段的藍巨星,目前已知質素最大的恒星是R136a1,其質素達到太陽的265倍,半徑僅為太陽的30倍。

盡管未來可能會發現更多體積更大、質素更重的恒星,這對於宇宙來說並不是什麽新鮮事。