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質量最大的恒星

2018-09-07
據國外媒體報道,太陽是太陽系中最大的天體,其質量占整個太陽系的99.8%。但是在恒星尺度上,太陽其實相當普通。有超過一半的已知恒星質量都大於太陽。位居巨大質量恒星列表最頂端的是R136a1,其質量是太陽的300倍以上。

質量最大的恒星什麽樣?質量是太陽的300倍以上

想象圖展示了年輕恒星的相對大小,最小的是紅矮星,質量約為0.1太陽質量;然後是黃矮星,即太陽所屬的GV恒星;接著是質量在8太陽質量以上的藍矮星;最後是具有約300太陽質量的R136a1。

最重恒星的誕生

RMC 136a1通常簡寫為R136a1,是一顆位於大麥哲倫星系蜘蛛星雲的恒星,距離地球約163000光年。這顆巨大質量恒星處於銀河系以外,其所屬的大麥哲倫星系是一個環繞銀河系運轉的星系。

1960年,南非雷德克裏夫天文臺的天文學家發現了一個星團,並將其命名為RMC 136。後來,哈勃太空望遠鏡的觀測發現,該星團由超過200顆極亮的恒星組成,其中最大的一顆被命名為RMC 136a1。

據估計,R136a1的質量為315太陽質量(最初發現時的估計值是265太陽質量,但2016年哈勃太空望遠鏡的進一步觀測修正了最初的估計)。盡管R136a1是目前已知質量最大的恒星,但它曾經具有更大的質量。

“與人類不同,這些恒星誕生時質量很大,並隨著年齡增長而逐漸流失質量,”英國謝菲爾德大學的研究者保羅·克勞瑟(Paul Crowther)說,“極端質量的R136a1的年齡為100萬年多一點,已經步入‘中年’,並且經歷了大量的質量損失。”

雖然R136a1是已知質量最大的恒星,但並不是體積最大的,它的半徑只是太陽的30倍左右。目前已知體積最大的恒星是盾牌座UY(UY Scuti),其半徑大約是太陽的1700倍,但質量卻只有太陽的30倍。

如果R136a1與太陽放在一起,它會使太陽黯然失色,就像太陽光與月光的差別。它的強烈輻射將對地球產生非常嚴重的後果。英國基爾大學的研究者拉斐爾·赫胥(Raphael Hirschi)說:“它的大質量會使地球年縮短到3個星期,它會讓地球沐浴在極其強烈的紫外線輻射中,使地球生命無法生存。”

星系的塑造

R136a1是一顆沃爾夫-拉葉星,這是一類罕見的巨大質量恒星,最顯著的特征是具有電離的氦、碳或氮。類似太陽的恒星主要由氫和氦組成,而沃爾夫-拉葉星則攜帶大量的其他重元素。

這些恒星的亮度極高,表面溫度達到3萬到20萬攝氏度。相比之下,太陽表面溫度只有5500攝氏度。

類似R136a1這樣的巨大質量恒星對所處環境有著重要影響。科學家推測,它們的高輻射壓力能驅動強勁的恒星風。這些恒星風能以每秒高達3000公裏的速度,在100萬年內將10太陽質量的物質拋散到太空中。

相比壽命長達100億年的太陽,沃爾夫-拉葉星的壽命要短得多,只有約500萬年。科學家在銀河系中已經發現了200多顆沃爾夫-拉葉星,但據估計,銀河系中這類恒星的數量可多達2000顆,大部分隱藏在塵埃之後。科學家認為,大約一半的沃爾夫-拉葉星都有“同伴”,可能是另一顆巨大質量恒星,也可能是黑洞或中子星。

巨大質量恒星在以超新星形式爆發時,能將重元素擴散到所處星系中。雖然最初的宇宙充滿了氫和氦,但恒星起到了加工廠的作用,將這些輕元素合成了幾乎所有其他元素。當巨大質量恒星爆發、死亡的時候,會將物質拋射出去,被其他恒星吸收,或者聚集形成行星。

巨大質量恒星還與中子星的形成有關。在沃爾夫-拉葉星爆發之後,會留下一個高密度的中子星核。中子星的碰撞被認為是引力波的來源之一。

其他巨大質量恒星

R136a1是宇宙中已知質量最大的恒星,但它並不是獨一無二的。2018年對蜘蛛星雲(又稱為劍魚座30)的一項研究顯示,R136a1並非特例;蜘蛛星雲中還存在好幾顆質量十分驚人的恒星。在尋找質量大於30太陽質量的恒星時,研究人員獲得了不少發現。

“在我們意識到蜘蛛星雲擁有的巨大質量恒星數量遠超過以往預計時,我們感到很困惑,並以為是哪裏做錯了,”英國牛津大學的天文學家法比恩·斯內德(Fabien Schneider)說,“我得說這在某種程度上是一個偶然的發現,當時我們關註的是其他問題。”

斯內德和同事利用歐洲南方天文臺位於智利的甚大望遠鏡對蜘蛛星雲內大約800顆巨大質量恒星的質量和年齡進行了分析。他們發現,這些恒星中30太陽質量以上的恒星數量要比原先預計的多30%,而60太陽質量以上的恒星數量約比預計的多70%。

“過去認為,質量超過150太陽質量的恒星無法形成,”斯內德說道。但是新研究指出,“很有可能質量達到200到300太陽質量的恒星也可以形成。”

一些質量最大的恒星包括:

·R136c:230太陽質量

·BAT99-98:226太陽質量

·R136a2:195太陽質量

·Melnick 42:189太陽質量

·R136a3:180太陽質量

·Melnick 34:179太陽質量

所有這些恒星都位於大麥哲倫星系的蜘蛛星雲。R136a1在發現之後一直穩坐最大質量恒星的地位,或許還能保持一段時間。“考慮到這些怪物級恒星十分稀少,我認為這一新紀錄難以在短時間內被打破,”克勞瑟說道。

銀河系中質量最大的恒星

目前已知的大多數巨大質量恒星都位於繞銀河系運轉的大麥哲倫星系。其實,銀河系也有自己的重量級恒星。HD 15558-A的質量為152太陽質量,是一顆O型星,旁邊還有一顆較小的O型伴星。這顆巨大的恒星位於銀河系主要螺旋臂之一的英仙臂,身處仙後座的心臟星雲(IC 1805)。

相對於其他恒星參數,HD 15558-A的質量顯得特別巨大,這使一些研究者猜測它可能是一對雙星,從而與其伴星形成一個三星系統。如果確實如此,那銀河系的最大質量恒星就非NGC 3603-B(又稱HD 97950B)莫屬。與R136a1一樣,NGC 3603-B也是一顆沃爾夫-拉葉星,是船底座旋臂中疏散星團NGC 3603的一部分。
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