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恒星的品質最大可以有多大?1億倍太陽品質的恒星有可能存在嗎?

作者:魅力科學君

對于我們人類而言,太陽無疑是一個龐然大物,其巨大的體積高達地球的大約130萬倍,但在浩瀚的宇宙中,像太陽這種恒星的“個頭”其實并不算大,而宇宙中的那些紅超巨星,它們的體積更是動不動就是太陽的上億倍,與這些恒星相比,太陽可以說是渺小得不值一提。

比如說位于獵戶座的參宿四(Betelgeuse),其體積就有太陽的7億倍左右,而宇宙中體積最大的恒星——位于盾牌座的“史蒂文森2-18”(Stephenson 2-18),其體積更是高達太陽的大約100億倍。

恒星的品質最大可以有多大?1億倍太陽品質的恒星有可能存在嗎?

是以問題就來了,既然體積比太陽大上億倍的恒星是存在的,那1億倍太陽品質的恒星有可能存在嗎?在回答這個問題之前,我們不妨來看看,從理論上來講,恒星的品質最大可以有多大。

我們知道,恒星之是以能夠持續地發光發熱,其實是因為在它們的核心一直在發生核聚變反應,實際上,核聚變反應釋放出的能量除了能讓恒星發光發熱之外,還會産生一種被稱為“輻射壓”的力量,其方向是由内向外的。

與此同時,恒星的内部還存在着另一種力量,那就是恒星自身的重力,其方向可以認為是由外向内的,當它與“輻射壓”達到平衡時,恒星就可以穩定地存在。

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恒星品質的增加,會使其自身的重力變強,恒星的體積就會因為受到更強的“重力壓縮”而收縮,其核心的溫度也會随之升高,另一方面來講,核聚變的反應速率卻對溫度高度敏感,溫度上升一點點,其反應速率就會迅速上升,同時反應區範圍也會出現擴大,進而導緻恒星内部的“輻射壓”大幅增強。

可以看到,恒星品質的增加與恒星内部“輻射壓”的增強并不是線性關系,是以當恒星的品質增加到一定程度的時候,其内部的“輻射壓”就會超過恒星自身的重力。

在這種情況下,恒星的體積就會開始膨脹,而其内部“輻射壓”更是會洶湧而出,并形成強大的恒星風,進而将恒星外層的物質大量地“吹”走,恒星也會是以而迅速地損失品質。

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随着恒星品質的持續降低,其内部的核聚變反應速率也會不斷下降,“輻射壓”也會相應地趨于減弱,當其與恒星自身的重力達到平衡時,恒星就會再次穩定下來。

由此可見,恒星的品質存在着一個極限值。這個極限值也被稱為“愛丁頓極限”(Eddington limit),根據科學家的估算,“愛丁頓極限”應該在太陽品質的150倍至200倍之間,而恒星的品質一旦超過了這個極限值,就會變得很不穩定,并迅速地損失品質,直到其品質重新降到這個極限值之内。

也就是說,從理論上來講,恒星的品質最大也隻能達到200倍太陽品質。

然而在已知的恒星中,有一些恒星的品質卻超過了“愛丁頓極限”,比如說位于大麥哲倫星系中的“R136a1”和“BAT99-98”,前者的品質約為太陽的215倍,而後者的品質約為太陽的226倍,它也是以成為了已知宇宙中品質最大的恒星。這應該如何解釋呢?

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科學家推測,這可能是因為“R136a1”和“BAT99-98”是由兩顆或多顆品質較大的恒星合并而成,而它們目前并不穩定,正處于快速損失品質的階段。

另一方面來講,理論上的“愛丁頓極限”隻是一個近似值,它有一些假設和局限性,比如說它假設了恒星是一個完美的球體,其“輻射壓”是各向同性的,并且還忽略了其他實體效應,是以它與真實的“愛丁頓極限”就可能存在一定的偏差。

但顯而易見的是,1億倍太陽品質的恒星,比理論上的“愛丁頓極限”高出了整整6個數量級,如此大的差距,已經遠遠地超過了這個“一定的偏差”所能允許的極限,是以問題的答案就是:宇宙中根本就不可能存在1億倍太陽品質的恒星。

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值得一提的是,前文提到的“史蒂文森2-18”,盡管它是已知宇宙中體積最大的恒星,但它的品質卻可能遠遠低于你的想象,根據科學家的估算,它的品質“隻有”太陽的12到16倍,遠低于“R136a1”和“BAT99-98”的品質。

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