恒星是宇宙中最受瞩目的星体之一,因为它自己就能够发光发热。

宇宙中的恒星很多,具体有多少,没有人知道,因为仅银河系中的恒星数量就超过了1000亿颗。宇宙中的恒星虽多,但它们并不相同,有的亮一些、有的暗一些;有的大一些、有的小一些。那么恒星到底能有多大呢?要了解恒星的质量和体积上限,首先必须了解一下什么是恒星。恒星就是那些能够发光发亮的星体,我们在夜空中能够用肉眼看到的星星,绝大多数都是恒星,而恒星之所以能够发出光热,是源于其内部的核聚变反应。并不是所有的星体都能够发生聚变反应,所以也不是所有的星体都能够成为恒星。

恒星的寿命与质量成反比(恒星的质量有上限)(1)

要想点燃自身的氢核聚变,质量是一个硬性指标。

任何拥有质量的物体都具有引力,质量越大,引力就越大,当一个星体的质量达到一定值的时候,内部就会在向心引力的作用下产生足够的压力和温度,于是氢核聚变就会被点燃,而这个能够诱发氢核聚变的质量下限就是8%太阳质量。在太阳系之中,最有潜力成为恒星的天体就是木星了,因为它是太阳系中质量最大的行星,比其余七颗行星质量总和的2倍还要大,但是它要想达到恒星的质量下限,自身的质量还需要增加80倍,显然这是一个不可能完成的任务,所以木星永远都只能是一颗行星。

恒星的寿命与质量成反比(恒星的质量有上限)(2)

恒星的质量存在下限,这很好理解,那么为什么还会存在上限呢?

恒星之所以能够存在,是因为它的内外压差能够实现平衡。恒星很大、很重,所以有着巨大的向心引力,可它为什么没有在引力的作用下向中心坍缩呢?因为恒星本身的核聚变会产生强大的向外的扩张压,这股力量与恒星的向心引力实现了平衡。那么为什么不论多大的恒星,引力差都能够实现平衡呢?这是因为质量越大的恒星,其内部的压力就越大、温度就越高,所以核聚变反应也就越发剧烈,所产生的辐射扩张压就越大,因此即便大质量恒星的向心引力更大,也能够实现平衡。不过这也造成了不同质量恒星在寿命上的不同。

恒星的寿命与质量成反比(恒星的质量有上限)(3)

大质量的恒星由于氢核聚变越发剧烈,所以燃料消耗的速度就越快,寿命自然也就越短。

目前人类所发现的最大质量恒星是r136a1,估算它的质量大概为太阳质量的300倍左右,而它的寿命也是极其短暂的,大约只有300万年。300万年的确非常短暂,这个时间差不多就是人类祖先从南方古猿演化到现代人类所用的时间,而与之相比,太阳的寿命就要长得多了,虽然太阳已经50亿岁了,但它的寿命也才过半,未来还有50亿年好“活”。r136a1的质量是太阳质量的300倍,而这大概就是恒星的质量上限,这个上限也被称之为“爱丁顿极限”。

恒星的寿命与质量成反比(恒星的质量有上限)(4)

恒星的质量之所以存在爱丁顿极限,是因为虽然恒星内部核聚变的剧烈程度会随着质量的增加而增加,但这本身也是打破恒星稳定性的原因。

随着辐射扩张压的增大,恒星外层物质会不可避免地被冲散,当这种辐射扩张压大到一定程度的时候,外围物质则根本无法在引力的作用下聚拢,恒星也就会因此而解体,所以恒星的质量是不能无限大的。质量不能无限大,那体积呢?恒星的质量和体积并不是成正比的,因为不同的恒星拥有不同的密度,以r136a1为例,它的质量虽然是太阳的300倍,但它的直径却只有太阳的30倍左右,而另一颗个头很大的恒星盾牌座UY,它的质量只有太阳的10倍,直径却达到了太阳的1708倍。

恒星的寿命与质量成反比(恒星的质量有上限)(5)

恒星的体积同样也是存在上限的。

任何星体能够成为一颗星体,都是因引力的作用,恒星自然也不例外,但引力的大小与距离的平方成反比,也就是说距离恒星中心越远,所受的引力作用就越小。所以一颗恒星的个头越大,外围物质所受到的引力作用就约小,当一颗恒星大到一定程度的时候,引力的作用就不足以使最外层的物质聚拢在一起,所以它的体积也就不可能继续增大了。由此可见,虽然在未来人类还会继续发现更多更大更重的恒星,但它们的质量和体积都不会比现在发现的恒星有太大的超越,毕竟质量和体积都是存在上限的。

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