恒星是宇宙中最受矚目的星體之一,因為它自己就能夠發光發熱。
宇宙中的恒星很多,具體有多少,沒有人知道,因為僅銀河系中的恒星數量就超過了1000億顆。宇宙中的恒星雖多,但它們并不相同,有的亮一些、有的暗一些;有的大一些、有的小一些。那麼恒星到底能有多大呢?要了解恒星的質量和體積上限,首先必須了解一下什麼是恒星。恒星就是那些能夠發光發亮的星體,我們在夜空中能夠用肉眼看到的星星,絕大多數都是恒星,而恒星之所以能夠發出光熱,是源于其内部的核聚變反應。并不是所有的星體都能夠發生聚變反應,所以也不是所有的星體都能夠成為恒星。
要想點燃自身的氫核聚變,質量是一個硬性指标。
任何擁有質量的物體都具有引力,質量越大,引力就越大,當一個星體的質量達到一定值的時候,内部就會在向心引力的作用下産生足夠的壓力和溫度,于是氫核聚變就會被點燃,而這個能夠誘發氫核聚變的質量下限就是8%太陽質量。在太陽系之中,最有潛力成為恒星的天體就是木星了,因為它是太陽系中質量最大的行星,比其餘七顆行星質量總和的2倍還要大,但是它要想達到恒星的質量下限,自身的質量還需要增加80倍,顯然這是一個不可能完成的任務,所以木星永遠都隻能是一顆行星。
恒星的質量存在下限,這很好理解,那麼為什麼還會存在上限呢?
恒星之所以能夠存在,是因為它的内外壓差能夠實現平衡。恒星很大、很重,所以有着巨大的向心引力,可它為什麼沒有在引力的作用下向中心坍縮呢?因為恒星本身的核聚變會産生強大的向外的擴張壓,這股力量與恒星的向心引力實現了平衡。那麼為什麼不論多大的恒星,引力差都能夠實現平衡呢?這是因為質量越大的恒星,其内部的壓力就越大、溫度就越高,所以核聚變反應也就越發劇烈,所産生的輻射擴張壓就越大,因此即便大質量恒星的向心引力更大,也能夠實現平衡。不過這也造成了不同質量恒星在壽命上的不同。
大質量的恒星由于氫核聚變越發劇烈,所以燃料消耗的速度就越快,壽命自然也就越短。
目前人類所發現的最大質量恒星是r136a1,估算它的質量大概為太陽質量的300倍左右,而它的壽命也是極其短暫的,大約隻有300萬年。300萬年的确非常短暫,這個時間差不多就是人類祖先從南方古猿演化到現代人類所用的時間,而與之相比,太陽的壽命就要長得多了,雖然太陽已經50億歲了,但它的壽命也才過半,未來還有50億年好“活”。r136a1的質量是太陽質量的300倍,而這大概就是恒星的質量上限,這個上限也被稱之為“愛丁頓極限”。
恒星的質量之所以存在愛丁頓極限,是因為雖然恒星内部核聚變的劇烈程度會随着質量的增加而增加,但這本身也是打破恒星穩定性的原因。
随着輻射擴張壓的增大,恒星外層物質會不可避免地被沖散,當這種輻射擴張壓大到一定程度的時候,外圍物質則根本無法在引力的作用下聚攏,恒星也就會因此而解體,所以恒星的質量是不能無限大的。質量不能無限大,那體積呢?恒星的質量和體積并不是成正比的,因為不同的恒星擁有不同的密度,以r136a1為例,它的質量雖然是太陽的300倍,但它的直徑卻隻有太陽的30倍左右,而另一顆個頭很大的恒星盾牌座UY,它的質量隻有太陽的10倍,直徑卻達到了太陽的1708倍。
恒星的體積同樣也是存在上限的。
任何星體能夠成為一顆星體,都是因引力的作用,恒星自然也不例外,但引力的大小與距離的平方成反比,也就是說距離恒星中心越遠,所受的引力作用就越小。所以一顆恒星的個頭越大,外圍物質所受到的引力作用就約小,當一顆恒星大到一定程度的時候,引力的作用就不足以使最外層的物質聚攏在一起,所以它的體積也就不可能繼續增大了。由此可見,雖然在未來人類還會繼續發現更多更大更重的恒星,但它們的質量和體積都不會比現在發現的恒星有太大的超越,畢竟質量和體積都是存在上限的。
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