“爱丁顿极限”理论就是爱丁顿爵士创建的。这个理论认为,在球对称前提下的天体,辐射压力不能超过引力承受的光度上限。所谓光度上限,就是辐射压上限。恒星质量越大,核心受到的压力就会越大,在这种压力下,核聚变就会越剧烈,这样形成的辐射压就会越大,超过了上限值,辐射压就会将外层物质冲散,恒星就难以将外围物质聚拢,恒星就会解体。

人们开始认为,恒星质量一般不会超过太阳质量的150倍。随着对宇宙恒星观测的深入,发现宇宙中存在不少大于太阳质量150倍的恒星。不过这些恒星都处于不稳定状态,外围物质不断逃逸,验证了恒星质量的确存在一个“爱丁顿极限”。迄今发现最大质量的恒星是r136a1,其质量达到太阳的265倍~315倍,这说明宇宙中最大质量恒星可以达到300个太阳质量。

观测发现,r136a1外围物质极不稳定,几十万年间已经逃逸流失了相当50个太阳质量的物质,而这颗恒星的年龄才有170万岁,由此说明这种大质量恒星几乎是一诞生,就处于极不稳定状态。r136a1的直径约太阳的28.8~35.4倍,即便按照太阳35倍计算,直径也只有4900万千米。1光年尺度为9.46万亿千米,r136a1的直径只有1光年的约2万分之一。

一般来说,恒星演化后期中小质量恒星膨胀得更大。一些质量远低于r136a1的恒星,但由于其密度小,因此体积很大。迄今发现最大体积恒星史蒂文森2-18,直径达到太阳2158倍,也就是约30亿千米,即便如此,也只有约3153分之一光年。这颗恒星相当100亿个太阳的体积,可以装下1.3亿亿个地球;盾牌座uy的直径达到太阳的1708倍。

但这些最大体积恒星质量反而不大,如史蒂文森2-18只有太阳质量的17.9倍,而盾牌座uy只有太阳质量的10倍。这些质量在太阳8~30倍之间的恒星,演化后期会有一个红超巨星阶段,外围质量逐渐流失,很不稳定,超新星爆发是它们最后结局,中心会留下一个致密的中子星。海山二的质量是太阳的120~200倍,已经处于极不稳定的演化后期,随时都有可能爆发。

但其直径也就是太阳的240倍左右,比前面说的史蒂文森2-18和盾牌座uy小多了。中等质量恒星在早期主序星阶段体积并不大,只是演化后期才会膨胀。而更大质量恒星反而等不到膨胀到很大,就因为中心剧烈的热核反应失控而爆炸了,中心会留下一个黑洞。那么,恒星质量虽然有限制,体积可以无限放大吗?这是肯定不行的。实际上史蒂文森2-18和盾牌座uy等恒星的体积已经大到极限了,它们表面引力已经很小很小了。

这一点,通过恒星表面重力加速度的大小就可以看出。重力加速度计算公式为g=GM/r^2,其中g为天体表面重力加速度,单位为m/s^2;G为引力常量,取值约6.67x11^-11N·m^2/kg^2;r为天体半径,单位m。根据公式计算,太阳表面重力加速度为275m/s^2,地球表面重力加速度为9.8m/s^2,而盾牌座uy表面重力加速度只有约0.0009m/s^2,比地球小10000倍。

而这颗恒星密度只有太阳密度的4.5亿分之一,地球密度的约18亿分之一,比地球地表空气密度还小数十万倍,这样的恒星依靠引力已经很难拉住表面活跃气体流失了。事实上这种恒星本来就是演化晚期,质量正在流失的恒星。根据恒星演化规律,大于太阳质量8倍的恒星,最终等不到外围气体消散掉,就会发生超新星大爆炸,把自己炸得粉碎,中心留下一个致密的核,这就是中子星,大于太阳30~40倍的恒星,爆发后中心会留下一个黑洞。

宇宙最大的单个天体是黑洞。像r136a1这种极大质量恒星,由于其核心核聚变剧烈程度与引力压不平衡,导致恒星处于不稳定状态,寿命极短,一般只有几百万年寿命,不会超过1000万年。而太阳寿命可达100亿年,现在已经50亿岁了,r136a1寿命只有300万年左右,现在170万岁了,质量就已经大量流失了,因此这种恒星不可能发展到像盾牌座uy这样体积超大的红超巨星阶段。

大量观测验证了爱丁顿极限理论的正确,现在天文学家们认为,恒星最大极限在300个太阳质量左右,大于这个质量的恒星无法在宇宙中存续下去。因此,宇宙中不可能存在1光年直径的恒星。目前宇宙最大的单个天体是黑洞。黑洞是恒星的顶级尸骸,而且通吃宇宙中的一切天体,越吃越胖,越长越大,上不封顶。现在已知最大黑洞叫SDSS J140821.67 025733.2,质量是太阳的1960亿倍,其史瓦西半径可达5880亿千米,是1光年尺度的1/16。

最大的星球到底有多大?能否说得具体一点?

最大的星球到底有多大能否说得具体一点

我们的地球是一颗岩质行星,它的质量就已经很大了,但是和木星比起来,地球简直小的可怜。木星是太阳系最大的行星,属于气态巨行星类型,其质量是地球的318倍,体积是地球的1300倍,我们生活在地球上,开车跑高速半天时间也就是刚出一个省,坐飞机从中国飞到美国也需要十个小时左右,觉得地球真的好大,然而我们的地球只相当于木星的1/1300,是不是小的可怜呢?如果我们的地球在木星附近的话,那么只能成为它七八十颗天然卫星中的一颗。

太阳系中的土星、天王星和海王星的质量也很大,但是它们和木星比起来都是小巫见大巫了,那么有没有比木星还大的行星呢?肯定是有的,不过由于行星都不会发光,所以观测太阳系外的行星相当困难,基本只能通过“掩星(行星运行时经过恒星表面遮挡恒星的光的过程)”方法发现太阳系外行星,但是即便如此,人类仍然发现了一些质量和体积都比木星更大的行星。

比如KELT-9b这颗距离我们650光年的类木行星,质量为木星的2.1倍,密度却只有木星的一半,所以其体积比木星大了四倍多,比红矮星这样的小型恒星的体积更大,而且它也是已知最热的行星,向着主恒星的一面温度高达4200℃,比红矮星的表面温度更热,这是因为它距离主恒星特别近的原因,受到的主恒星光辐射非常强烈,而且它已经被主恒星潮汐锁定,总是一面向着主恒星,每1.5个地球日就公转一周。

另外还有WASP-79b,它的直径大约是木星的2.1倍,体积相当于木星的八倍大,然而质量仅为木星的90%,所以它是一个体积比木星大,质量却比木星小的行星,同类型的行星还有TERS-4,它的体积相当于两倍木星,但是质量只有木星的0.85左右。还有一颗编号为SIMP J01365663 0933473的类木行星,据测定其质量是木星的12.7倍,奇葩的是这是一颗流浪行星,它并不依附于任何主恒星运行,其自身磁场是地球的400万倍,距离我们约20光年,而其前进的方向则很靠近我们的太阳系。

那么最大的行星到底有多大呢?其实行星也是有它的质量上限的,通常认为只要质量达到木星的13倍的行星就会启动其内部的氘核聚变,从而成为一颗褐矮星,褐矮星是介乎于恒星和行星之间的天体,那么也就是说理论上行星最大的质量不能超过木星的13倍,超过的话就不能算是行星了。天文学家还观测到两颗编号为SR 12 c和HD 217786b的行星,它们的质量均为木星的13倍,因此还无法肯定他们到底是行星还是褐矮星,比它们质量更大的星体基本上就不能再算作行星了。

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