恒星的质量有上限,体积呢?同样有极限
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。
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。
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。
宇宙中一些规律限制了恒星的最大和最小 这就是规矩和方圆
恒星是我们这个可观宇宙的主体,恒星组成了星系,星系组成了宇宙。银河系是我们太阳系的母星系,由1000亿~4000亿颗恒星组成。我们太阳系的主宰老大~太阳,是银河系中一颗中小型的恒星,叫黄矮星,直径为139.2万公里,质量为1.9891x10^30公斤。
恒星是宇宙中能自身发光发热的天体,是由引力凝聚在一起的一颗球型发光等离子体。恒星之所以发光发热,是基于其中心巨大的引力压力激发了核聚变,爆发出巨大的能量来抵抗压力,使恒星处于一段时间的稳定状态,这个阶段就是恒星的主序星阶段。
科学观测和研究证明,能够点燃中心核聚变的恒星质量至少要有太阳质量的0.07~0.08倍。因此最小的恒星就是太阳质量7~8%的恒星,这种恒星光谱为M型,叫红矮星,表面温度在2000度到5000度。
剑桥大学一个研究小组发现一颗名叫EBLM J0555-57Ab恒星,曾经认为是有史以来最小的一颗恒星,半径只有木星的84%,质量却有木星的81倍,刚刚达到最小恒星理论值多一点点,为0.081个太阳质量。
但这个发现被一颗叫做2MASS J05233822-1403022(J0523)的恒星打破了,这颗恒星只有太阳质量的7.21%,是木星质量的77倍,是一颗距离地球40光年的M型光谱的红矮星,直径比木星还小,表面温度只有1800度。
这个发现打破了原定的恒星质量必须达到8%太阳质量的界限,也打破了红矮星表面温度在2000度以上的界限。因此现在科学界认为,恒星的质量的下限为太阳质量的7.21%,木星质量的77倍。
最大的恒星有质量最大和体积最大,但恒星的性质还是以质量来划分。我们人类把太阳质量当作宇宙中衡量恒星质量的一个标尺。
目前已知的最大质量恒星是R136a1,是一颗伪沃尔夫-拉叶星,这颗恒星位于大麦哲伦星系的蜘蛛星云中,距离我们16万多光年,因此它不是银河系里的恒星。这颗恒星的质量达到太阳质量的265倍,其亮度是太阳亮度的871万倍。
目前已知最大体积的恒星是盾牌座UY,是一颗红超巨星,距离地球约9500光年,是银河系里的恒星,其质量为太阳的32倍,半径却是太阳的1700多倍,可以装下近50亿颗太阳。这颗星的亮度为太阳的34万倍。
大质量恒星的质量是有上限的,超过上限就会极不稳定,难以维持。这个上限理论叫埃丁顿极限。恒星质量是有上限的,越大的质量由于其中心核聚变速度越快,物质消耗越快,寿命就越短。最大的恒星质量才几百万年。
埃丁顿极限理论认为,恒星质量超过太阳50倍,就不可能稳定,中心的过度辐射压力与引力难以平衡,外围的物质很难靠中心的引力来拉住,就导致质量的不断损失。而且这种不平衡会导致恒星不断的变化,成为一个变星。
R136a1自从形成以来就在不断的损失质量,近百万年来,已经损失了不少于50倍太阳质量,与太阳相比,损失的速度超过10亿倍。这颗恒星的寿命只有300万年,现在已经170万岁了,还过130万年就要寿终正寝,发生超新星大爆发,抛去大部分物质,中心收缩为一个黑洞。
而盾牌座UY虽然质量不是很大,但由于其体积澎胀得厉害,所以是一颗变星,光变周期为740天。其寿命约有1000万~5000万年,只有太阳寿命的几百分之一。
我们的太阳是一颗中小质量的恒星,属于G型光谱的黄矮星,这种恒星在银河系占有3%的份额,寿命100亿年左右。太阳现在的年龄在50亿岁左右,还有50亿年的主序星寿命。寿命最长的红矮星可以达到万亿年,因此是一种以宇宙同寿的恒星。
太阳只是银河系里数千亿颗恒星的一员。
科学界估计,宇宙中有几万到10万亿个星系,一个星系的恒星都有千亿颗,所以宇宙恒星太多太多了,无法数清。但这些可见物质只占有宇宙质量的4.9%,有95.1%的质量是看不见的暗物质和暗能量组成。
以上只是科学界现在对宇宙已经得到的一些认知,人类对宇宙的认识还会不断的发现和深化,是一个永无止境的过程。
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【维权骑士】版权保护之原创作品,侵权将会受到追究,请理解支持,谢谢。最小恒星的质量相比最大恒星差3000多倍,体积差多少?5万亿倍
仰望星空,我们所能看到的星体绝大部分都是恒星,不过恒星的大小差异也是很大的,能目视的恒星绝大部分都比我们的太阳质量更大,比太阳质量小的星体大部分都是无法用肉眼看到的,比如距离我们最近的比邻星,只有4.22光年之遥,但是不用天文望远镜是根本看不到它的,而有很多质量较大的恒星虽然距离我们数百或者数千光年之遥,却都可以被我们目睹到。
迄今为止天文观测中发现最小的恒星是2MASS J0523-1403,无论是体积还是质量都是已知恒星中最小的。它位于天兔座方向,距离我们只有40光年,是一颗处于主序星阶段的红矮星,表面温度也只有1800℃,我们的太阳的表面温度则为5600℃左右,温度低导致其亮度仅有太阳的1/80000,所以这颗恒星需要用大型精密天文望远镜才能看到。
这颗恒星的体积也小到让我们吃惊,它的半径还不到太阳的9%,为5.98万千米,木星都比它大,其只和土星相当。不过它的质量却比木星和土星大得多,大约为木星的84倍,可能很多朋友要吃惊了,一颗星体还没有木星大,但是质量却比木星大了84倍,这可能吗?但根据天文观测结果分析就是如此,要不然它也成不了恒星。
通常认为恒星最小质量界限为太阳的7~8%,J0523质量相当于太阳的0.08倍左右,处于恒星最小质量临界值的边缘,宇宙中应该也有比J0523更小的恒星,但质量值顶多再下探1%,如果质量再小的话,基本就成不了恒星了。
目前已知的质量最大的恒星是R136a1,位于16万光年之外的大麦哲伦星系中,这是一颗蓝特超巨星,质量高达太阳的265倍,相当于最小恒星J0523的3300多倍,其表面温度高达5.3万度,其体积相当于数万个太阳。
不过虽然这个恒星的已知质量最大,却并不是体积最大的,盾牌座UY才是目前发现半径最大的恒星,体积相当于太阳的45亿倍,相当于J0523的53000亿倍,这是一颗红特超巨星,它的质量远不如R136a1,只有太阳的30倍左右,体积较大的星体还有大犬座VY,只比盾牌座UY小一些,不过它的质量也不大,质量较大的恒星有还手枪星和海山二等,质量约为太阳的一百倍左右,其亮度也很高,如海山二的亮度相当于太阳的500万倍。
不过上面所说的还都是已知的质量和体积最大和最小的恒星,随着人类对宇宙的探索,这些记录还都会被刷新。