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从海滩的沙粒到宇宙的恒星:探索宇宙中的巨型最大恒星

2024-08-14科学

卡尔·萨根曾经提到,宇宙中的恒星数量远超地球上所有海滩的沙粒总和。这种说法并不是随意的夸张,而是有充分的科学依据。

2016年发表在【天文学杂志】的一篇研究报告显示,根据过去20年哈勃太空望远镜收集的数据,估计整个可观测宇宙存在大约两万亿个星系。

需要注意的是,这里提到的是星系数量,不是单个恒星。单单我们所在的银河系,就包括了大约1000亿至4000亿颗恒星,而银河系在宇宙中只是众多普通星系之一。

银河系如果以10光年的尺度来衡量,在宇宙的广袤中几乎等同于一个点。从这个角度出发,宇宙的浩瀚可见一斑。因此,说宇宙中的恒星数量超过地球上的沙粒也就不足为奇了。

人类常常喜欢探索极端事物,比如最大或最小的东西,最热或最冷的温度!如果寻找宇宙中最大的恒星,我们有很多庞大的候选者。

为了进行比较,我们可以先从太阳说起。太阳的直径大约是140万公里,足以容纳约100万个地球,还留有额外空间。

在恒星研究中,根据光谱类型,恒星被分类为七种不同的类型,太阳属于其中的G型恒星。相较于宇宙中的其他恒星,无论是质量还是体积,太阳在主序星中都属于较小的一类。

因此,在已知的恒星中,体积超过太阳的恒星数不胜数,基本上所有发蓝光的恒星都比太阳大,例如天狼星A、猎户座的明亮蓝星等,这些恒星无论是体积还是质量都大于太阳。

然而,宇宙中体积最庞大的恒星并不是那些最亮最蓝的,而是一些在演化末期膨胀成红超巨星的大质量恒星。

以前认为已知最大的恒星是盾牌座UY,尽管它的质量只有太阳的10倍左右,但由于它已经进入恒星演化的末期,超出了氢到氦的聚变主序阶段,因此膨胀成了红超巨星。

盾牌座UY的半径是太阳的1708倍,几乎达到8个天文单位,可以装下约489万亿个地球。如果将盾牌座UY置于太阳所在的位置,土星将变成距太阳最近的行星,其他行星将被其吞没。

尽管红巨星的质量并不巨大,但由于其巨大的体积膨胀到很远的距离,因此其对最外层的引力控制十分薄弱,不断有大量物质从表层逃逸。

如果以逃逸的大气层为边界,盾牌座UY的半径将达到400个天文单位,是冥王星距离的10倍。

由于盾牌座UY所在区域有大量阻挡光线的尘埃和气体,从地球观测这颗恒星只有九等星的亮度,非常暗淡。由于红巨星的气体外逸严重,其边界非常不清晰,我们对盾牌座UY的真实大小一直没有确切的认识。

最新的测量表明,之前对其大小的估计可能过大,现认为其真实半径约为太阳的755倍,但这一数据仍有待确定。

虽然盾牌座UY曾被视为体积最大的恒星,不过,更大的恒星已被发现,如位于大麦哲伦星系的IRAS 05280-6910、WOH G64、HV 888,它们的半径分别为1738、1788和1974倍太阳半径。

目前已知体积最大的恒星是史蒂文森2-18,位于距地球2万光年的RSGC2开放星团内,这个星团包含了80颗红超巨星,都非常巨大,且是一个年轻的星团,形成时间约为1400万至2000万年,位于银河系中心方向。

这颗富含金属的大质量恒星已经超出了主序星阶段,膨胀为一颗红巨星,其半径达到了太阳的2150倍,亮度为太阳的44万倍。

将这个体积转换成容量,这颗恒星可以容纳约100亿颗太阳,1.3亿亿颗地球。

如果史蒂文森2-18被置于太阳的位置,它将吞没土星,使天王星成为距太阳最近的行星。

除了是体积最大的恒星,史蒂文森2-18也是最冷的恒星之一,因为其体积巨大导致外层远离核心,使得温度降至3200K,低于太阳表面温度。

因此,这颗恒星也被认为是最亮的低温恒星。未来,这颗恒星可能会经历Ⅱ型超新星爆炸,将其物质散布到宇宙中,为新一代的恒星、行星乃至生命的形成提供原材料。

需要指出的是,恒星的体积与质量并无直接关系,像这些体积巨大的恒星多是将死之星,外层密度极低,而且不断地向宇宙中散播大量物质,宛如一团发光的稀薄气体。

而那些质量极大的恒星,通常都是位于主序阶段的蓝巨星,目前已知质量最大的恒星是R136a1,其质量达到太阳的265倍,半径仅为太阳的30倍。

尽管未来可能会发现更多体积更大、质量更重的恒星,这对于宇宙来说并不是什么新鲜事。