快看宇宙 這顆星能吞下整個太陽系！科學家發現宇宙尺寸極限

地球很大, 繞地球一圈需要數天時間, 但離開地球表面,真相瞬間擊碎認知。 人類生活在一個微不足道的塵埃上, 宇宙中存在無數行星, 無數恆星散佈在萬億個星系中。 宇宙尺度超出人類理解範圍, 但在這片浩瀚中潛伏著一些個體巨獸, 單一個體就挑戰人類對尺度的全部認知, 恆星大到讓太陽黯然失色。 在南天星座盾牌座深處, 科學家可能發現了最大的一顆。 恆星究竟能長到多大? 是否存在更大的怪獸等待發現? 歡迎收看快看宇宙第378期, 太陽半徑70萬公里。 把太陽比作足球, 地球只有2毫米寬, 地球大小相當於一粒胡椒籽。 太陽系所有行星質量加在一起, 太陽質量仍是總和的743倍。 但在其他恆星面前, 太陽毫無特殊之處。 半人馬座α星雙星與太陽尺寸相近, 天狼星A體積是太陽的兩倍。 恆星究竟能長到多大? 答案藏在恆星演化規律中。 旅程從赫斯普隆·羅素圖中心開始。 1910年代初期, 丹麥天文學家埃納爾·赫斯普隆 與美國科學家亨利·莫里斯·羅素 各自獨立發明瞭赫斯普隆·羅素圖。 橫軸標註恆星溫度, 縱軸標註光度。 圖中央貫穿一條線稱為主序星。 大多數恆星一生大部分時間停留在此處。 處於此區域意味著恆星處於穩定階段。 恆星經歷了分子雲坍縮的混沌誕生過程。 主序星核心持續進行氫聚變。 聚變產生向外的能量, 對抗向內的引力擠壓。 兩種力量達到平衡, 恆星進入流體淨密平衡狀態。 幾乎所有主序星都處於休息狀態。 恆星之間存在巨大差異。 太陽位於赫斯普隆·羅素圖正中央。 太陽屬於質型主序星,相當普通。 G代表光譜分類,按溫度劃分恆星。 溫度決定顏色,分類系統看似隨意。 OBAFGKM,O型最熱,M型最冷。 記憶口訣是 G型恆星表面溫度約5778凱爾文。 黃白色光芒人類早已熟悉, 科學穩定將氫聚變為氦, 每秒消耗6億噸氫, 釋放的能量讓地球生命延續數十億年。 沿主序帶上下移動, 恆星性質發生變化,規律開始浮現。 暗恆星通常溫度較低, 恆星溫度越高,亮度越大, 至少在主序帶上如此。 恆星質量與亮度關係反直覺。 存在明確相關性, 最亮的恆星往往質量最大。 神秀七是天空第26亮星, 列護座左肩。 神秀七屬於B行星, 最亮分類之一。 表面溫度約22000凱爾文, 接近太陽四倍, 質量是太陽的8.6倍。 更大質量產生更強引力, 引力將神秀七核心的氫壓得更緊。 壓力增加,提升聚變反應速率, 釋放能量遠超普通恆星。 聚變力量如此強大, 恆星被迫膨脹。 引力幾乎無法約束, 神秀七體積達到太陽的200倍。 巨大代價隨之而來, 大質量主序星燃燒猛烈且迅速。 太陽總壽命約100億年, 神秀七已燃燒2500萬年, 僅剩700萬年壽命。 大質量恆星因此相當稀少, 不穩定性與短暫存在 讓人類觀測概率降低。 尋找最大恆星, 只需尋找最重恆星。 恆星質量上限約為太陽150倍, 超過此限, 不穩定性將導致恆星自我撕裂。 宇宙找到了繞過此限制的方法, 兩顆大質量恆星碰撞合併, 產生的恆星成為真正巨獸。 體積遠超吸積盤緩慢吞噬所能達到, R136a1由此誕生, 名字令人震撼。 R136a1可能是宇宙中最重、 最亮的恆星, 位於赫茲普隆羅素圖最左上角。 R136a1是怪獸, forget 150倍太陽質量限制, 估計質量達到太陽265倍, 半徑是太陽的40倍。 R136a1屬於極其稀有的 烏爾夫拉葉星, 銀河系僅發現220顆, 科學家估計實際數量可能達2000顆。 烏爾夫拉葉星質量巨大, 處於生命晚期短促階段, 階段結束即探索為超新星爆發, 極度不穩定導致恆星 拋出大量等離子體。 星峯以每秒3千公里速度噴射, 每百萬年損失10個太陽質量。 R136a1光度驚人, 短短4秒釋放的能量等於太陽一年產量, 人眼觀測亮度僅為太陽的16.4萬倍, 大部分輻射位於紫外線波段, 人類能觀測到R136a1實屬幸運。 R136a1僅存在300萬年, 宇宙尺度上只是一眨眼。 R136a1仍非宇宙最大恆星, 至少按半徑計算, R136a1質量最大, 但存在質量小得多的恆星, 那些恆星體積卻大得多。 祕訣藏在恆星外殼中。 此前聚焦主緒星, 核心燃燒氫的恆星, 恆星死亡時氫中將耗盡, 聚變爆炸能量消失, 恆星失去穩定, 強烈引力導致核心開始坍縮, 壓力劇增, 核心溫度再次升高, 溫度最終高到點燃氦聚變。 恆星進入全新生命階段, 熱量足以溫暖恆星外層, 外層溫度達到過去僅核心存在的水平, 氫原子在外層突然也能開始聚變, 恆星急劇膨脹,成為紅巨星。 太陽當前半徑70萬公里, 紅巨星階段, 太陽直徑將膨脹至3億公里, 體積足以吞沒水星、金星, 可能包括地球。 質量在太陽0.8至8倍之間的恆星 都會經歷此過程。 初稿增二是當前紅巨星實例, 位於金魚座。 初稿增二質量僅為太陽的1至1.2倍, 半徑卻至少是太陽的332倍, 332倍只是基準值, 初稿增二以80至1000天為週期脈動, 週期對齊時, 恆星物理性膨脹, 最大半徑可達太陽的402倍, 紅巨星仍非最大恆星類型。 質量達到太陽8倍時出現新分類, 體積更加龐大, 紅超巨星高聳威猛, 體積遠超較小輕起, 註定悲劇結局。 宇宙怪獸生命終點是爆炸性超新星。 關注死亡前時刻, 膨脹為宇宙最大恆星。 深宿4屬於紅超巨星, 直徑12億公里, 體積超過太陽的700倍。 深宿4若位於太陽系中心, 所有岩石內行星都將被吞沒, 木星也無法倖免。 紅超巨星是狂暴野獸, 生命最後階段, 恆星脈動並拋出巨爛物質, 難以確定恆星邊緣在何處終結, 太空從何處開始。 深宿4仍非最大恆星, 存在另一候選者潛伏於盾牌座, UY Scuti, 體積龐大到50億個太陽可塞入其中, 溫度出奇地不高, 比太陽低40%, 發出暗紅色光芒, 又一顆紅超巨星。 距離遙遠且溫度低, 肉眼無法觀測UY Scuti, 需要高倍雙瞳望遠鏡或小型望遠鏡才能發現。 距離地球5000至10000光年, UY Scuti真實尺寸存在不確定性, 許多候選者爭奪最大已知恆星頭銜。 UY Scuti存在時間不會太長, 年齡已達1000至2000萬年, 時鐘僅剩數百萬年, UY Scuti甚至可能縮小, 轉變為黃特超巨星。 黃特超巨星亮度極高, 達到此狀態需先拋掉外層, 恆星變得更熱維持最後可能的巨變反應。 特超巨星一次爆炸性打磕可奔出木星質量, 此類打磕頻繁發生, 噴出物質富含氧、碳、氮等重元素, 可形成長達1萬天文單位的巨大雲團, 長度是太陽到海王星距離的300倍, 這些物質對宇宙發展至關重要, 噴出物與塵埃雲及其他恆星物質混合, 結合形成恆星育嬰室充滿生命原料。 UY Scuti距離最終毀滅還有數十萬年, 甚至數百萬年, 存在另一顆巨星更接近最終毀滅。 人類僅真正拍攝過一顆銀河系外恆星, WOHG64紅超巨星, 與UY Scuti相似, 距離16萬光年,位於大麥哲倫雲。 最新研究表明, WOHG64可能已轉變為黃特超巨星, 過去十年亮度降低, 拋出物質並被塵埃籠罩, 如此距離難以精確測量。 WOHG64實際可能比UY Scuti更大? 恆星能否超過此尺寸? 可能性不大, UY Scuti等巨獸已觸及臨終四郎極限, 臨終四郎極限是恆星給丁質量下可達最大尺寸, 赫茲普隆羅素圖上可見此極限線, 恆星跨越此線, 內部對流佔據主導, 引力開始獲勝, 恆星縮小, 未來可能發現略大於UY Scuti的恆星, 但不會大太多, 除非人類遺漏了什麼, 可能存在銀河系根本沒有的巨型恆星類型。 人類尚不知道, 技術也尚未達到發現水平, 人類無法理解超過幾千公里的尺度, 最大恆星的尺度遠超人知, 它們是宇宙怪獸, 但在宏大尺度上這些恆星依然微小, 星系跨度數萬光年, 相距數百萬光年, 宇宙網單根纖維延伸數十億光年, 宇宙浩瀚到人類甚至無法假裝理解, 但這不意味著人類不能嘗試, 更大並非總是更好, 生活在普通恆星周圍的小行星上, 目前對人類來說相當不錯, 但五十億個太陽塞進一顆星, 這個念頭今晚會讓你失眠嗎?