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半徑45億公里,是太陽的7000倍,什麼恆星有這麼巨大?

根據目前的觀測,人類已知的最大恆星是史蒂芬森2-18,直徑是太陽的2158倍,體積是太陽的100億倍。和此前最大的恆星盾牌座 UY相比,史蒂芬森2-18的體積是它的2倍,再一次讓人類見識了一顆恆星可以有多麼巨大。

但是,不論是盾牌座 UY還是史蒂芬森2-18,抑或是可能在不遠的將來被發現的更巨大的恆星,和一種傳說中的恆星相比,恐怕都要相形見絀。這種恆星甚至得到了一個讓它本身地位就令人疑惑的名字——

類星

(quasi-star,注意和類星體quasar的區別,二者的關係我們後面會講)。

我們知道,當一顆大質量恆星進入到演化末期的時候,它會以超新星爆發的形式結束自己的生命。在超新星爆發的時候,它的核心會發生坍縮,如果在錢德拉塞卡極限和奧本海默極限之間,就會坍縮成中子星;如果超過了奧本海默極限,那麼就會變成一個黑洞。

在核心坍縮的時候,外殼物質會被炸到太空中,形成非常壯觀的超新星遺蹟。比如我們熟悉的蟹狀星雲,外殼物質從公元1054年開始向外膨脹,如今已經變成了一個11*7光年的瑰麗星雲,並且仍然在膨脹中,直到完全消散。

不過,對於類星來說,情況就不一樣了。這種恆星的質量實在過於巨大,以至於引力太強,連超新星爆發時向外釋放的巨大能量,都不足以將外殼吹散。但是在核心之中,仍然發生了坍縮,變成了恐怖的黑洞。

也就是說,這是一顆擁有著黑洞之心的恆星,因此又被稱為黑洞星。

在核心的黑洞周圍,黑洞一方面透過引力進行吞噬,另一方面這種恐怖的吞噬也會向外釋放出極其驚人的能量。於是,這兩種力達成了一種詭異的平衡狀態,竟然還有點類似於普通恆星內部引力和核聚變向外的能量所達成的平衡。

對於今天已知的所有恆星來說,它們都做不到這一點,因為質量不夠大。科學家們計算後認為,想要成為這種詭異的天體,其質量至少要達到太陽的1000倍,甚至是10000倍。而目前已知最重的恆星R136 a1,也只有大約215倍太陽質量。至於盾牌座 UY這種恆星,密度其實非常非常低,質量可能只有太陽的10倍。也就是說,一顆類星的質量,可能是盾牌座 UY的1000倍!

擁有這麼驚人的質量,體積自然也小不了。

據推測,一顆類星的半徑可能達到了太陽的7000倍,也就是史蒂芬森2-18的3倍以上。計算下來,大概就是48。7億公里!如果我們在太陽的位置上放上其他的恆星,那麼盾牌座 UY可以吞噬木星軌道,史蒂芬森2-18可以吞噬土星軌道,而類星甚至可以把八大行星的軌道全部吞噬。換算下來,類星的體積可以達到太陽的上千億倍!

和盾牌座 UY一樣,類星的溫度也比較低。雖然核心的活動極其劇烈,但表面溫度只有4000開爾文,比太陽低了差不多2000開。

二者還有一個相似之處,那就是類星的壽命也非常短,甚至比盾牌座 UY更短。大概只需要700萬年的時間,一顆類星就會完全消失。在這700萬年時間裡,核心出的黑洞每年就會吞噬掉相當於0。14個太陽質量的物質,非常瘋狂,也只有這樣的輻射壓才能維持類星內部的平衡。

那麼,類星這種天體到底在哪裡呢?

很遺憾,它仍然存在於理論中,而且科學家認為我們目前不太可能會觀測到這樣的天體,因為它們屬於宇宙中最古老的恆星,也就是所謂的星族III星。

星族III星是宇宙中的第一批恆星,它們形成於大爆炸初期,所以內部只有氫和氦。第一批恆星的壽命非常短,不論是類星還是其他種類的,都是如此。因此,即使是今天的哈勃空間望遠鏡,都無法觀測到它們,甚至是即將發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,也未必具備這樣的觀測能力。它的觀測能力大概可以達到136億光年,但理論上來說,第一批恆星中沒有一顆能夠活到這個時候。因此,類星的確要在相當長的時間裡,只能停留在理論層面了。

不過,它卻可以很好地解釋一些詭異的問題,比如超大質量黑洞和類星體。

到目前為止,科學家們已經在遙遠宇宙中觀測到許多超大質量黑洞了,然而在那麼早期的宇宙中,超大質量黑洞的質量遠遠超過了理論允許的範圍,這使得它們的存在成了一個困擾科學家的謎題。

有人認為,這些超大質量的前身,可能就是類星。它的核心處的黑洞不斷地進行吞噬,先是把它本身的質量全部饕餮,然後將周圍的天體吞噬掉。而這個黑洞的質量也從太陽的幾千倍提升到幾十億倍,於是就成了宇宙早期的超大質量黑洞。

在它們的周圍,會形成大量的恆星,從而構成一個巨大的星系。這些黑洞在吞噬的過程中,會形成巨大的吸積盤,並且向外釋放出恐怖的輻射,其亮度甚至可以超過整個星系,或許這就是類星體的本質。

不論是超大質量黑洞還是類星體,都是當今世界最困擾科學家的天文謎題。也許,類星這種天體能夠解釋這些謎題,但一切還需要觀測證據才行。不知道我們何時能夠擁有可以觀測到第一批恆星的強大望遠鏡。這些宇宙中的元老,蘊藏了太多宇宙秘密,值得我們的去探索。