【宇宙科普】宇宙中會不會存在直徑達1光年的恒星?科學家:根本不可能

天空之城 2020/11/06 檢舉 我要評論

常有人覺得我們太陽太小了,老問:宇宙中有沒有直徑超過1光年的恒星?我可以肯定乾脆地回答,沒有。為什麼呢?我們一起來討論。

恒星穩定的前提是內外壓差的平衡。

天體由於自身巨大質量形成的引力向心壓力,內部的高壓和高溫點燃了熱核聚變,持續進行的核聚變,產生的巨大能量以電磁輻射的方式向外傳播,由此而發光發熱,這就是恒星。恒星中心核聚變巨大輻射壓,抵禦住了本身品質的引力向心收縮壓,使其內外壓保持一個平衡穩定狀態。

這種平衡能夠維持多久,決定了這顆恒星的壽命有多久。如果這種平衡被打破,這顆恒星就會變得極不穩定,無法維持恒星的穩定狀態,很快就會解體。研究證明,恒星壽命長短完全取決於質量,質量越大,壽命越短;反之壽命越長。

恒星有一個質量最小下限,這是因為天體沒有達到一定質量,核心部分的壓力和溫度達不到點燃核聚變的條件,就不會成為恒星。這個質量下限是太陽質量的8%左右,相當木星質量的80倍;恒星的質量上限就是「愛丁頓極限」,現在認為約300倍太陽質量。

因此,恒星上限受「愛丁頓極限」限制。

英國天體物理學家、數學家亞瑟·斯坦利·愛丁頓爵士,是最早接受並理解愛因斯坦相對論的科學家,為了驗證愛因斯坦認為光線經過太陽時,會受到太陽引力而彎曲的預言,他於1919年5月率領一支科學考察隊遠涉非洲觀測日全食,驗證了這個預言的正確,引起了世界科學界轟動,廣義相對論從此聲名鵲起,成為物理學界頂級基礎理論。

「愛丁頓極限」理論就是愛丁頓爵士創建的。這個理論認為,在球對稱前提下的天體,輻射壓力不能超過引力承受的光度上限。所謂光度上限,就是輻射壓上限。恒星質量越大,核心受到的壓力就會越大,在這種壓力下,核聚變就會越劇烈,這樣形成的輻射壓就會越大,超過了上限值,輻射壓就會將外層物質沖散,恒星就難以將週邊物質聚攏,恒星就會解體。

人們開始認為,恒星質量一般不會超過太陽質量的150倍。隨著對宇宙恒星觀測的深入,發現宇宙中存在不少大於太陽質量150倍的恒星。不過這些恒星都處於不穩定狀態,週邊物質不斷逃逸,驗證了恒星質量的確存在一個「愛丁頓極限」。

迄今發現最大質量的恒星是r136a1,其質量達到太陽的265倍~315倍,這說明宇宙中最大質量恒星可以達到300個太陽質量。

觀測發現,r136a1週邊物質極不穩定,幾十萬年間已經逃逸流失了相當50個太陽質量的物質,而這顆恒星的年齡才有170萬歲,由此說明這種大質量恒星幾乎是一誕生,就處於極不穩定狀態。

r136a1的直徑約太陽的28.8~35.4倍,即便按照太陽35倍計算,直徑也只有4900萬千米。1光年尺度為9.46萬億千米,r136a1的直徑只有1光年的約2萬分之一。

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