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1 # 魏東雙
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2 # 夢程771
最大的恆星是盾牌座UY它是紅超巨星,生命已經到了末期了。最小恆星是距離太陽40光年是J0523恆星。這兩個是被觀測到的,但也是被確定的天體。
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3 # 優美生態環境保衛者
在天文學中,最小的恆星有多小,最大的又有多大呢?有何依據?
恆星是宇宙中最常見的星體之一,它依靠內部的核聚變向外釋放著巨量的光和熱,是我們用肉眼和天文觀測儀器最容易觀測到的星體,恆星以它強大的引力作用和輻射能量,維繫著一個恆星系統的穩定執行,在推動系統內物質和能量轉化以及天體形成和演變中起到最要的作用。透過觀測,科學家們推測出銀河系有4000億顆左右的恆星,而在可觀測宇宙之內,則至少有上萬億億顆,那麼,在這些數量巨大的恆星中,質量最小的和最大的界限分別是多少呢?
恆星的形成過程如果從一個恆星系的原始狀態來看,排除恆星因引力作用俘獲系外流浪行星的可能,則在這個恆星系中,恆星和圍繞它公轉的行星,幾乎都是在同一時段內形成的,其形成環境依賴於這個系統中所包含的星際物質總量和濃度。
在上一任大質量恆星衰老死亡或者超新星爆發之後,會有大量的組成物質被拋灑在宇宙空間中,形成在一定範圍內集中分佈、物質濃度相對較高的星際空間,在這個空間中充斥著眾多質量較輕的元素和星際塵埃,依靠著相互之間的引力作用逐步發生聚合,形成質量相對較大的核心物質團。
核心物質團在持續吸收外界物質的同時,因引力作用也在不斷髮生著向內坍縮,進而核心區的質量越來越大,在物質相互碰撞以及坍縮的綜合作用之下,核心區的溫度越來越高,當達到700萬攝氏度以上時,就會觸發氫原子的核聚變反應,這個時候就恆星就誕生了。
能夠觸發核心發生核聚變的臨界質量是恆星的最小質量從以上恆星的形成過程可以看出,形成恆星必須的條件就是核心發生核聚變,而氫原子發生核聚變所需要的溫度,在所有元素中是最低的,因此所有的恆星在形成之後核心發生的聚變反應,都是從氫原子開始的。宇宙大爆炸之後釋放出來的眾多微小粒子,在幾億年之後最先組合成、也是最易組合成的物質就是氫原子,而超新星爆發以後所釋放出來的物質,氫元素也有一定的比例,這些都為恆星的形成奠定了物質基礎。
而恆星的形成,則是剛才提到的眾多由星雲物質組合而成的許多核心區相互競爭的結果,它們雖然是同時起步,但是由於星雲物質密度的空間區域有一定的差異,造成了在演化方向上會存在著質量積累的不同步性,越是質量大的核心區,就越有優勢吸收更多的星際物質,也越有可能把那些質量較小的核心區進行“收編”,從而為組合而成更大、更具有統治力的核心區,也就是恆星的“胚胎”奠定基礎。
而那些在與這個最大核心區-恆星胚胎競爭中失利的核心區,後來就出現了不同的演化命運,距離很近的被恆星核心所吸收;距離相對較近且沒有被吸收的只能依靠原始物質積累逐步演化固態行星;那些距離恆星較遠的核心區,則在恆星形成以後,可以繼續俘獲被太陽風吹離的眾多輕物質,從而聚合成質量較大的氣態行星。
在理論上,在一個星際物質分佈集中區域,星際物質的含量就多、密度越大,其形成恆星的可能性也越大,最終形成的恆星質量也會越大,圍繞其運動的行星數量也會越多。但如果反過來看,在星雲物質演化過程中,有兩種情況的發生則有機率產生不了恆星:
第一種情況:假如星際物質的含量較少,即使佔統治地位的核心區所吸收的星際物質總量,也不足以使核心區的溫度提升到可以達到氫原子核聚變的程度,恆星就不會形成。
第二種情況:在系統演化過程中,所形成的若干核心區最後勢均力敵,誰也沒有最終脫穎而出,星際物質的吸收和分配比較平均,也會使得觸發恆星內部核聚變所需要的溫度缺乏必要的支撐條件。
根據科學家推測,當一個星體,其最後透過吸聚星際物質所達到的總質量,達不到太陽質量的0.08倍時,即使它再怎麼“努力”,其核心的溫度都達不到700萬攝氏度,這個時候恆星內部就不會觸發氫原子的核聚變,也就是質量的積累沒有最終完成華麗的“質變”,只能形成“失敗的恆星”-褐矮星。
能夠維持外表形態穩定的臨界質量是恆星的最大質量恆星形成以後,依靠著內部核聚變產生的向外輻射壓力與恆星外殼向內的重力相平衡,得以確保恆星的穩定。如果核心溫度變低,則輻射壓力減弱,重力佔據上峰,恆星就會坍縮。如果核心溫度升高,則輻射壓力相應提高,重力作用處於弱勢,則恆星體積就會膨脹。而在坍縮時會推動核心溫度提升,在膨脹時會致使核心溫度變低,於是在輻射壓力和重力相互進行拉鋸戰的程序中,維持著恆星內部核聚變的持續進行。越是質量大的恆星,在此過程中能夠參與核聚變的物質就越多,核心溫度就會越來越高,從而因聚變產生的最後產物就會原子序數越高,直到出現比結合能最高的鐵元素為止。
在恆星的主序期內,恆星的質量越大,則核心溫度就越高,核聚變的強度就會越大,釋放的能量也就越多,組成恆星的微觀粒子所吸收的能量就越大,動能相應就越高,表現出向外的輻射壓力就越大,而當所有微觀粒子表現出來的輻射壓力總和,超過了外殼向內的重力值時,就會推動外殼物質有一定機率脫離引力束縛,逃逸到宇宙空間中,從而使恆星外表形態發生劇烈改變,恆星就會變得越來越不穩定。
據科學家測算,當恆星質量達到太陽質量的50倍時,這種輻射壓力超過重力作用的效應就會比較明顯,而當恆星質量達到150倍太陽質量時,巨大的輻射壓力會使大量的恆星組成物質脫離恆星體系,恆星也只能被迫解體,這個極限就是天文界中確定的埃丁頓極限。因此,150倍太陽質量理論上是恆星的質量上限。
不過,如果發生兩顆大質量恆星相互碰撞的現象,則會在相互強大的引力作用下,重新聚合成一個質量更大的恆星,超過埃丁頓極限,不過這種情況並非是恆星自發演化形成的。而由於超過了恆星的穩定臨界值,這種情況發生之後形成的組合恆星,內部的核聚變相當劇烈而且迅速,恆星也會相當不穩定,壽命也比其它恆星要小得多。比如,科學家們在大麥哲倫星系中,發現了3顆超過埃丁頓極限的恆星,其中最大的一顆為R136a1,其質量達到了太陽的260倍左右,是迄今為止發現的最大質量的恆星。
總結一下恆星的最小質量,取決於能夠引發內部氫原子核聚變的溫度,而在太陽質量0.08倍以下,則只能形成褐矮星,不能形成恆星。恆星的最大質量,取決於恆星能夠維持外部形態穩定的臨界點,理論上超過太陽質量150倍的埃丁頓極限時,恆星就會非常不穩定有解體趨勢。目前我們發現的R136a1是由於兩顆大質量恆星相互碰撞形成的,雖然超過了埃丁頓極限,但因核聚變消耗物質的速度非常快,而且外層物質被巨大輻射壓剝離的效應也非常明顯,預計在幾十萬年之後就會發生超新星爆發而解體。
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4 # 漫步科學
“在天文學中,最小的恆星有多小,最大的又有多大呢?有何依據?”
我們知道恆星是一種利用自身引力來使星體內部產生核融合反應從而實現發光發熱的天體,因此我們可以推測出恆星是存在質量下限的。科學家給出的計算結果認為,恆星的質量下限大約為0.08倍太陽質量,低於此質量的天體,即使構成物質等因素滿足條件,也會因為天體核心區溫度和壓力不足,而無法點燃核融合反應,但是這類天體通常也會透過引力收縮的形式釋放能量。
目前天文學家發現的最小的恆星是J0523,J0523距離我們約四十光年,其亮度僅有太陽的八千分之一,表面溫度更是低至兩千二百攝氏度左右,其直徑比木星還要小。科學家認為,如果J0523的質量再減少一點的話,其將會以褐矮星的形式存在,因為該星已經非常接近恆星的理論下限了。雖然J0523已經逼近極限,但是宇宙廣袤無垠,可能在未來的某一天科學家也有可能發現質量更小的恆星,通常來說質量越小的恆星其壽命越長,同樣更長的壽命也代表更多的物質消耗。
我們再來說說質量最大的恆星,恆星的質量也存在理論上的上限值,既愛丁頓極限。我們知道恆星之所以可以穩定的發光發熱,主要是因為恆星內部核融合反應產生的輻射壓和恆星自身的引力相平衡,如果恆星的質量過於龐大,則會導致恆星內部更多的能量釋放,而過多的能量難以透過光輻射一種形式完成釋放,多餘的能量則會轉化為粒子的動能,並逐漸向恆星外層傳遞,從而導致恆星物質的剝離,因此恆星達到這種狀態時,其所對應的質量也就是恆星的上限質量,既愛丁頓極限指恆星輻射壓不超過引力時的光度上限值,,通常認為該極限值為150倍太陽質量左右。
目前天文學家發現的質量最大的恆星是大麥哲倫星系的R136a1,該星的質量大約為256倍太陽質量,很顯然這個質量已經遠超愛丁頓極限了,科學家認為造成這些現象的原因在於R136a1形成機制,不同於傳統的引力坍縮,R136a1可能是兩顆較大質量恆星碰撞融合的結果,雖然R136a1的質量已經超過了愛丁頓極限,但是由此帶來的“負面效應”也在該星上演,天文學家觀測發現,R136a1產生的恆星風風速高達兩千七百千米每秒,由此產生的質量損失超過太陽的十億倍,大量的物質從該星表面逃逸。
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5 # 寒蕭99
恆星的形成和演化,每一步都是有規律可循的,也是遵循一定的物理規則的。一些最基本的物理規則是在整個宇宙中通行的,至少在我們已觀測到的宇宙範圍內,所有天體都是符合這些基本規律的。
而天體的大小也一樣受到一定的物理規則的限制,因此,恆星的大小也是有一定的極限的。根據理論計算和實際觀測,我們知道恆星質量的下限是太陽質量的0.08左右,實際觀測中,我們目前發現的最小的恆星質量也是在這個數值附近。
而恆星質量的上限,也不是沒有邊界的,因為恆星的質量同時決定了其壽命,質量越大則壽命越短。這是因為大質量就會產生更大的壓力和溫度,也就加速了內部的反應速度,這樣一來壽命自然會減少。
一般來說,太陽質量的恆星壽命為100億年,而10倍太陽質量的恆星壽命只有太陽的約1/300,而100倍質量的恆星壽命只有太陽的10萬分之一。
目前已發現的最的質量的恆星大約是太陽質量的200多倍,其理論壽命只有約幾萬年,這已經是接近恆星質量的上限了。如果質量更大的話,恆星將無法維持穩定的狀態,很快就會演化為其他天體。
因此,恆星在物理規則下,既有最小的質量,也有最大的質量。
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可見段中,塵埃、小行星、行星、恆星、黑洞等都在不停演化中,我們看到的都是零星的片刻的影像。
恆星的標誌是核聚變(從最小的氫到大原子元素)。之後是原子核的塌縮,形成黑洞。
至於最大和最小的恆星,只能說目前已知的,不是根本和最重要的。