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恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

类别:社会 发布时间:2024-11-12 10:51:00 来源:魅力科学君

对于我们人类而言,太阳无疑是一个庞然大物,其巨大的体积高达地球的大约130万倍,但在浩瀚的宇宙中,像太阳这种恒星的“个头”其实并不算大,而宇宙中的那些红超巨星,它们的体积更是动不动就是太阳的上亿倍,与这些恒星相比,太阳可以说是渺小得不值一提。

比如说位于猎户座的参宿四(Betelgeuse),其体积就有太阳的7亿倍左右,而宇宙中体积最大的恒星——位于盾牌座的“史蒂文森2-18”(Stephenson 2-18),其体积更是高达太阳的大约100亿倍。

恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

所以问题就来了,既然体积比太阳大上亿倍的恒星是存在的,那1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?在回答这个问题之前,我们不妨来看看,从理论上来讲,恒星的质量最大可以有多大。

我们知道,恒星之所以能够持续地发光发热,其实是因为在它们的核心一直在发生核聚变反应,实际上,核聚变反应释放出的能量除了能让恒星发光发热之外,还会产生一种被称为“辐射压”的力量,其方向是由内向外的。

与此同时,恒星的内部还存在着另一种力量,那就是恒星自身的重力,其方向可以认为是由外向内的,当它与“辐射压”达到平衡时,恒星就可以稳定地存在。

恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

恒星质量的增加,会使其自身的重力变强,恒星的体积就会因为受到更强的“重力压缩”而收缩,其核心的温度也会随之升高,另一方面来讲,核聚变的反应速率却对温度高度敏感,温度上升一点点,其反应速率就会迅速上升,同时反应区范围也会出现扩大,进而导致恒星内部的“辐射压”大幅增强。

可以看到,恒星质量的增加与恒星内部“辐射压”的增强并不是线性关系,所以当恒星的质量增加到一定程度的时候,其内部的“辐射压”就会超过恒星自身的重力。

在这种情况下,恒星的体积就会开始膨胀,而其内部“辐射压”更是会汹涌而出,并形成强大的恒星风,进而将恒星外层的物质大量地“吹”走,恒星也会因此而迅速地损失质量。

恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

随着恒星质量的持续降低,其内部的核聚变反应速率也会不断下降,“辐射压”也会相应地趋于减弱,当其与恒星自身的重力达到平衡时,恒星就会再次稳定下来。

由此可见,恒星的质量存在着一个极限值。这个极限值也被称为“爱丁顿极限”(Eddington limit),根据科学家的估算,“爱丁顿极限”应该在太阳质量的150倍至200倍之间,而恒星的质量一旦超过了这个极限值,就会变得很不稳定,并迅速地损失质量,直到其质量重新降到这个极限值之内。

也就是说,从理论上来讲,恒星的质量最大也只能达到200倍太阳质量。

然而在已知的恒星中,有一些恒星的质量却超过了“爱丁顿极限”,比如说位于大麦哲伦星系中的“R136a1”和“BAT99-98”,前者的质量约为太阳的215倍,而后者的质量约为太阳的226倍,它也因此成为了已知宇宙中质量最大的恒星。这应该如何解释呢?

恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

科学家推测,这可能是因为“R136a1”和“BAT99-98”是由两颗或多颗质量较大的恒星合并而成,而它们当前并不稳定,正处于快速损失质量的阶段。

另一方面来讲,理论上的“爱丁顿极限”只是一个近似值,它有一些假设和局限性,比如说它假设了恒星是一个完美的球体,其“辐射压”是各向同性的,并且还忽略了其他物理效应,因此它与真实的“爱丁顿极限”就可能存在一定的偏差。

但显而易见的是,1亿倍太阳质量的恒星,比理论上的“爱丁顿极限”高出了整整6个数量级,如此大的差距,已经远远地超过了这个“一定的偏差”所能允许的极限,所以问题的答案就是:宇宙中根本就不可能存在1亿倍太阳质量的恒星。

恒星的质量最大可以有多大?1亿倍太阳质量的恒星有可能存在吗?

值得一提的是,前文提到的“史蒂文森2-18”,尽管它是已知宇宙中体积最大的恒星,但它的质量却可能远远低于你的想象,根据科学家的估算,它的质量“只有”太阳的12到16倍,远低于“R136a1”和“BAT99-98”的质量。

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快照生成时间:2024-11-12 11:45:01

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