世界不思議

宇宙中最大天體有多可怕?能大到什麼程度?裝下1.3億億個地球

毫無疑問,要想知道宇宙中最大的天體,不管是質量最大還是體積最大,都必須從恆星家族中找,因為組成恆星的物質是宇宙中最為豐富的氫、氦元素;
而任何超過一定質量的天體都會在中心發生聚變,變成一顆恆星,所以宇宙中不可能存在一個超大質量天體,卻不是恆星的情況。

除非這個天體完全是一個鐵疙瘩,但宇宙中在一個很小的區域內根本沒有這麼多的重元素來形成一個超級鐵疙瘩,所以恆星依舊是宇宙中質量最大的一類天體。
很明顯的一個例子就是太陽系,整個太陽系99.8%的質量都集中在了太陽一個人的身上,圍繞太陽運行的八大行星、矮行星、衛星、以及一些小行星在太陽面前都像一顆米粒一樣。

在太陽系的行星中,最大質量的是木星,相當於317個地球,在木星這個口袋裡能夠裝下1321個地球,把11個地球並排放在一起才能和木星的直徑一樣,這就是一個岩石行星和一個氣態行星的差距,顯而易見。
不過在宇宙中還有比木星更大的氣態行星,因為木星的質量也就是太陽的1/1000,距離8%的太陽質量還有一段的距離,因此在這個空間內還會存在很多比木星大的氣態行星。
當一顆氣態行星是木星質量的1.3到9倍時,那麼這顆氣態行星就會在自身的引力下通過“開爾文-亥姆霍茲機制”發出發光發熱,但是強度非常低,這類天體被稱為褐矮星。

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那麼在褐矮星之後,質量繼續增大,達到8%的太陽質量,這樣的天體變成主序星了,因為這個質量往上的天體中心會形成巨大的高溫、高壓;
導致中心的氫發生反應,並且釋放出核能,主序星有這樣一個特點,其質量越大、核心的反應速度就越快,越猛烈,發光強度越高、溫度越高、壽命越短。
當核心的氫消耗完以後,恆星的主序星階段就結束了,就開始燃燒核心中的氦,恆星就會進入紅巨星階段。由於膨脹導致恆星外層密度降低,因此恆星變為紅巨星的時候,體積會增大幾十、幾百倍,最後就會以不同的方式迎接死亡。

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在主序星中質量最小的恆星是紅矮星,它的質量為太陽的8%到40%,這樣的恆星燃燒非常緩慢,可以將自身誕生時包含的所有氫元素充分燃燒變為氦。
由於它質量很小,不能繼續燃燒氦形成比氦更重的元素,因此這樣的恆星死亡時啥也不會發生,就像爐火熄滅了一樣。
沒有紅巨星階段,而是會直接變為一顆由氦組成的白矮星。
不過紅巨星壽命能夠達到數萬億年,且它們的數量能夠佔到宇宙中恆星數量的3/4。
在主序星中比紅矮星質量再大一點的恆星,的其實就是類似於太陽的恆星;

類太陽恆星燃燒完核心的氫元素以後,開始燃燒氦就會進入紅巨星的階段,最後會在行星狀星雲中死亡,在其核心會留下一顆主要由碳、氧組成的白矮星。
就像是我們夜空中最亮的天狼星a,它2倍於太陽的質量,半徑是太陽的1.7倍,發光強度是太陽的25倍。
雖然質量只比太陽大了2倍,但是它的壽命卻只有25億年。這樣的恆星死亡後的結局跟太陽是一樣的。

當恆星質量超過太陽質量8倍時,死亡後就會發生巨大的爆炸,在其中心留下一顆體積只有10到20公里,但是質量與太陽質量相當的天體——中子星。
例如半人馬座β星,10倍於太陽的質量,大小是太陽的13倍,表面溫度25000攝氏度,光度是太陽的2萬倍。但它的壽命短到了2000萬年。
這樣的恆星死亡後,很可能會在其中心留下一顆中子星。

如果一顆恆星的質量達到了太陽質量的20倍以上,死亡後其核心就不是留下中子星了,而是會留下一顆黑洞。像是我們現在發現的質量最大的恆星R136a1,它的質量是太陽的265 ~ 315倍,亮度是太陽的900萬倍,體積為太陽的30倍,壽命只有數百萬年。
那麼宇宙中的恆星質量有沒有上限?能無限大?

其實我們發現的R136a1質量已經達到了極限,這個極限就是愛丁頓臨界值,計算出來的恆星質量上限為150倍的太陽質量,高於這個質量以上的恆星就非常不穩定,輻射壓力會導致恆星大量的物質發生逃逸。
就像是R136a1正在以每秒3.2×10^16噸的速度損失質量。
從上文可以看出,恆星質量越大,體積就越大,但是體積增長的速度並不快,要想找到宇宙中體積最大的恆星,就需要從紅巨星中尋找,畢竟恆星晚年膨脹以後體積會增大很多。
例如南十字座的γ星質量只有太陽的1.3倍,但是半徑卻達到了太陽的8.4倍,這就是因為膨脹導致的。

當我們的太陽核心消耗完氫以後開始聚變氦,也會發生膨脹,半徑會比現在大200倍,可以肯定的是水星和金星到時就會被太陽吞噬。
那麼宇宙中現在人類發現的體積最大恆星是哪顆呢?
其實這個問題很難確定,因為恆星在膨脹以後光度非常強,而且其邊緣物質稀疏,也很難確定恆星的邊緣在哪裡,一點點誤差也會導致測量的數值出現巨大的變化。

但是我們現在初步認為史蒂文森2-18這顆恆星是我們目前發現體積最大的恆星。這顆恆星已經比剛誕生的時候損失了一半的質量。
那麼這顆恆星大到了什麼程度?
2150個太陽排成一行相當於它的直徑,這個距離大約是30億公里,舉個形象的例子,如果把它放到太陽現在的位置,那麼從水星到木星都會被它吞噬,到時距離這顆恆星最近的行星就是土星了。
這個體積中可以容納100億個太陽,1.3億億個地球。
這麼大的體積,勢必會導致它的最外層非常的瀰散,且溫度非常低,只有3000攝氏度。但由於體積很大,它的亮度依然比太陽亮50萬倍。

對人類來說,這樣的天體已經大到了難以想像的程度,光繞它一圈也需要8.7小時。人類歷史上最快的飛機“SR-71”,想要環遊這樣的天體一週需要至少500年的時間。
如果人類生活在如此大的天體上,基本上我們很難會見到另外半球的人。我們也永遠不會發現我們生活在一個球形天體上。
這顆恆星的解決未來會在超新星的爆發中死亡,中心留下一顆黑洞,並將重元素拋灑到宇宙空間中,這些物質會重新開始下一代恆星的誕生和死亡循環,也會還會在這顆恆星的周圍誕生出行星,甚至是生命。

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