既然行星有質量的上限,那恆星有沒有質量的上限?

絡大王

十年前,人們曾經認為恆星有上限質量,但是最近又變得不確定了。

我們都知道,恆星的光和熱是因氫的核聚變引起的。核聚變時,引發強烈的向外輻射。這種輻射的力量與恆星的引力達到平衡時,恆星就趨於穩定。所以,不管是引力過大還是輻射量過大,都不能形成穩定的恆星。

(恆星的大小差異很大)

通過科學家們的計算,恆星的質量上限約為110個太陽質量,後來又改成了140個太陽質量。

這個理論認為:恆星質量過大,其引力就會變得更強,內部聚變就很容易達到所需要的輻射溫度,同時反應的溫度還會上升,變得更強。輻射壓力過大,就會把物質直接推出去。

物質被推離了之後,內部物質密度下降,核聚變的反應強度也就下降了,輻射量變低,這時引力又佔據了上峰,恆星外圍物質重新向內收縮,又會引起核反應過強,向外輻射的壓力與引力又無法維持平衡了,所以,會再一次把物質推離出去。

如此反覆,恆星就會像一顆跳動的心臟,不斷收縮膨漲,再收縮,再膨脹,每一次膨脹都會向外拋出一些物質,直到兩者的力量達到平衡時,恆星才會穩定下來。

然而,宇宙中的事情往往不由人們想象。

2010年,柯勞瑟和一個天文學家團隊觀測到了不止一顆質量超過150個太陽質量,其中一顆“R136a1”的恆星,其質量達到了驚人的256個太陽質量。而且它在誕生時可能還更重。它是如何形成的至今是個謎。

(恆星R136a1的藝術想象圖)

不過,宇宙之初的恆星更加神秘,那時的恆星個個都巨大無比。大部分質量都相當於數十個太陽,有些能達到200個太陽質量。最讓人感到困惑的是類星體的發現。

類星體是巨大無比的明亮天體,每個類星體的能量都來自一個數百萬倍或數十億倍於太陽的黑洞,最終形成星系的核心。

黑洞形成於恆星耗盡燃料之後並坍縮而成,想要壯大就要繼續吞噬物質,或合併其他的黑洞,這個過程應該是相當漫長的。但是,這些類星體在宇宙歷史很早時就出現了,這使得它並沒有足夠的時間形成這種規模。

恆星質量的上限到底是什麼?目前還不清楚。


史海探奇

凡事皆有度,過之猶不及!世間的事物都會有一個限度,這個限度都會有個最低值和最高值,恆星也一樣。

要說恆星質量的最高限度,我們不如先從行星說起,通常認為行星的最高限度是木星質量的13倍,因為如果一顆行星達到了木星質量的13倍,通常它內部的高溫高壓就會點燃內部的氘核聚變,這個時候我們就不能再稱它為行星了,因為它已經成了一顆褐矮星。褐矮星是一種特殊的天體,它介乎於行星和恆星之間,其質量範圍大致是木星的13到80倍之間,那麼如果他達到了木星的80倍質量,它內部的高溫高壓就會點燃內部的氫核聚變,這時它就成為一顆恆星了,也就是恆星中質量最小的紅矮星這類型。

這個時候再衡量恆星的大小,就可以參考赫羅圖了,比紅矮星質量大一些的恆星是橙矮星,比橙矮星大一些的是黃矮星,我們的太陽就是一顆黃矮星,再往上還有藍矮星,如天狼星等,再往上基本就進入巨星的行列了。

質量最大的恆星是藍特超巨星,比如海山二、參宿四、手槍星等等,都是比太陽質量大幾十倍上百倍的恆星,由於這些恆星的質量太大,導致它們內部的核聚變非常劇烈,所以光度也很強,天文學家認為這些恆星的壽命都會很短,通常都不到1000萬年。


不過在已經觀測到的大質量恆星中,上面三個並不是最大的,目前已知質量最大的恆星是R136a1,英國天文學家對他研究後發現其質量達到了太陽的315倍,一度刷新了天文學家們對恆星質量上限的認知,不過這個觀測結果至今都是有爭議的。

先前天文學家們認為,恆星最大的質量不可能超過太陽的150倍,因為有一個愛丁頓極限在起作用,因為一旦恆星的質量太高,那麼內部核聚變產生的強烈的向外輻射壓會把恆星表面的物質推出去,這樣就會導致恆星的質量下降,下降之後,核聚變反應會緩和一點,這樣其內部的輻射壓降低,那麼恆星的狀態也就達到了平衡。

那麼恆星的質量上限應該是多少呢?其實目前並沒有被廣泛認知的定論,包括前面所說的恆星和褐矮星的質量上限與下限,都沒有一定準確的數據,這是因為星體不單是受質量的影響,也會受內部的元素含量,所在空間的環境,自身的自轉速度等等的影響,所以很難有一個準確的數值,通常認為恆星的質量上限為150-200倍之間,而對R136a1進一步觀測則會左右天文學家們對恆星質量上限的認知。


科普大世界

理論上,恆星的質量也是存在上限的,但目前還沒有一個統一的認識。

在宇宙中,天體都是從星雲中的物質聚集而成的,質量具有關鍵的作用。什麼樣的質量往往決定著什麼樣的天體,也會決定著天體未來會如何演化。岩石行星如果質量太大就不會存在,因為當它們擁有足夠的質量時,強大的引力可以束縛住星雲中的氫和氦,由此演變為氣態巨行星,其臨界質量大約為地球質量的十幾倍。而氣態巨行星如果聚集足夠多的氫和氦,使質量變得足夠大,將會點燃內部的氘核聚變,由此演變為褐矮星,其臨界質量大約為木星質量的13倍(地球質量的4100倍)。而如果褐矮星擁有足夠大的質量,將會點燃內部的氫核聚變,由此演變為恆星,其臨界質量大約為木星質量的80倍,或者太陽質量的7.5%。同其他天體一樣,恆星的質量也不能無限增加。

恆星內部核聚變產生的向外輻射壓力與向內的重力是一種平衡關係。如果恆星吸積了足夠多的星雲,巨大的質量會使內部核聚變變得非常劇烈,由此產生巨大的輻射壓力,從而阻止其他物質繼續落入恆星中。因此,恆星的光度(即輻射功率)存在一個極限,這被稱作愛丁頓極限。

一旦恆星的質量太高,其光度將會大於愛丁頓極限,強烈的向外輻射壓將會吹飛恆星的外層,從而使恆星的質量下降,這又會導致輻射壓降低,由此達到平衡。理論上,恆星的質量上限大約為太陽質量的300倍。迄今為止,已經發現的質量最高的恆星是R136a1,它的質量達到了太陽的315倍,這幾乎是恆星的質量上限。


火星一號

問得好,恆星當然有質量上限。行星質量上限為木星質量75倍,這是一個零界點,區別行星和恆星的上限。那麼恆星呢?


先說行星,超過木星質量75倍的行星,就會因為質量巨大,內部壓力過高而產生聚變反應,點燃自己,成為矮星(恆星一種,發光發熱微弱,也叫次恆星)。普及一點知識,木星質量地球318倍,太陽質量千分之一,除去它自己,是太陽系七大行星質量2.5倍。已知太陽系最大行星。

那麼,恆星質量上限為多大呢?理論上這個不太確定。但絕對是有上限的。早期科學家認為恆星質量不可能超過太陽質量150倍。

超過大約是10個太陽質量的恆星就很難單獨形成,因為一旦它核心開始聚變發生對流,就會阻止星雲物質的繼續吸收,大多數科學家相信,在這個質量之上的恆星,都是由多個恆星合併而成,但如果繼續增加質量達到上限約150倍太陽質量,那麼劇烈的聚變將很快把恆星的外殼推出去,而且如果物質聚集到一定密集的程度,那麼核聚變的速度也將達到它的上限,這樣核聚變也無法抵抗巨大質量帶來的巨大引力而導致恆星直接坍縮成黑洞。

所以,很長一段時間科學家一直認為恆星不可能超過太陽質量的150倍。包括在銀河系發現的的手槍星和其它星系大型恆星,質量都沒突破這個值。

然而,根據觀測後發現R136a1,打破了這一研究結論。

這顆藍超巨星的質量達到驚人的太陽質量265倍,其亮度是太陽870萬倍,每5秒輻射能量相當於太陽一年的能量消耗。很多科學家認為它是雙星系統,不然很難解釋。

到底恆星質量上限是多少,還有待研究,不知你們是什麼看法呢,歡迎小夥伴留言。


良良引力波

量變到質變,大家都知道這個道理,宇宙中星體形態更是把它詮釋得很完美。

質量和引力,帶給宇宙太多的奇蹟。當星雲物質在引力作用下聚集後,如果質量太小,形成隕石或者氣團,它會在太空飄蕩,被更大的星體捕獲或者碰撞。



質量再大一些,形成行星或者衛星或者彗星,自身不會發光發熱。這個時候引力不足以產生足夠的夢裡產生核聚變。以地球,月球,火星為代表。



質量更大一些,就會使原子核中的電子發生軌道遷移,行程新的原子核,過程中釋放能量以光的形式釋放出來,這就是核聚變,所有恆星所處的階段。我們的太陽就是這個階段的。



如果質量加劇,引力更大,引力引起進一步的原子核和電子空間壓縮,釋放更多的能量,形成白矮星。



如果質量一直增加,那麼會進一步導致引力強大到,把原子核的物質碾碎,然後所有的物質形成一個大原子核,這就是中子星。這個過程將爆發能量比光更強大的伽馬射線,如果地球正對中子星的伽馬射線,那麼地球上所有生命將被秒殺。



中子星級別已經很恐怖了,但是還不是質量的終點,質量繼續加大,將形成黑洞,連太陽都要被它的引力撕碎吸食。



黑洞以後,現在就沒有人直到會怎麼樣了,已經觸及人類探索的盲區了,你認為黑洞以後會怎麼樣呢?


九九途鴨科普

有,但因為缺少資料,所以,只能用理論去推。

先看行星。

行星大概分成兩類:類地行星和類木行星,類木行星即氣態行星。

類地行星的上限很小,因為它們沒有厚且濃的大氣層,使得其本身的向心力不足,一旦它的引力,向心力和離心力失去了平衡,那麼它就會被自己的自轉撕裂。

類木行星的上限也不大,因為隨著類木行星的體積和質量的增加,其內部的壓力和溫度會急劇增加。一旦其溫度和壓力達到核聚變反應的臨界點,類木行星內部就會產生有限的核聚變反應。這種類木行體就不能再稱之為行星了,而要將其列入恆星序列中最低級別的一類恆星---棕矮星或者稱作褐矮星。這個理論上的臨界質量是18個木星質量。

再看恆星。

恆星我們主要討論的是主序期的恆星,處於主序期的恆星根據其表面顏色,表面溫度,體積,質量等可以分為:褐矮星(棕矮星),黃矮星,紅矮星(太陽)和藍矮星(藍巨星)。

類木行星的質量超過18個木星質量時,其內部壓力和溫度就可以產生有限的核聚變了。這種核聚變是時斷時續的,這類星體也會因此發出棕褐色的光來。這類星體就不能稱之為行星了,而是晉級成為了矮恆星。它的衛星也成功晉級成了行星。這類矮恆星就被稱作褐矮星,也稱作棕矮星。比如離太陽系最近的恆星--比鄰星,就是一顆褐矮星。

棕矮星/褐矮星根據體積和質量的不同,它們內部持續核聚變的時間也不同,因此,其表面顏色和溫度也不盡相同。總體而言,會隨著質量的增加,其表面顏色會越來越亮。當其質量達到或者超過80倍木星質量時,其內部的壓力和溫度就可以保持持續的核裂變了。此時,恆星被徹底點燃,它發出的光也不再是棕紅色的而是黃色的了。這樣棕矮星就晉升成為了黃矮星。黃矮星的內部核聚變非常穩定。黃矮星的主序期非常漫長,遠超太陽的主序期(100億-120億年)。同時,黃矮星是已知宇宙中數量最多的恆星種類,總數佔比近50%。比如比鄰星旁邊的恆星---半人馬座的南門二,就是一顆黃矮星。

當黃矮星的質量達到0.8個太陽質量的時候,恆星的表面顏色就變成了類似太陽表面的亮紅色,此時,黃矮星就成了紅矮星。比如太陽,就是一顆紅矮星。

當紅矮星的質量超過1.8個太陽質量時,其發出的光不再是紅色,而是藍色的了。這樣紅矮星就晉升成了藍矮星,因為其體積巨大,也稱作藍巨星。比如天狼星,就是一顆藍矮星/藍巨星。

藍矮星/藍巨星是已知宇宙中,在主序期內的體積和質量最大的一類恆星。

目前已知質量最大的藍矮星/藍巨星是蜘蛛星雲裡的R136恆星團中的R136a。質量是256倍太陽質量。

理論上,恆星的質量越大,它的主序期時間越短,如天狼星,它的主序期只有10億年,而同樣是藍矮星/藍巨星的R136a的壽命則只有300萬年。而如果恆星的質量比R136a還大的話,它的主序期的時間將會更短。但這個理論上限值,目前還沒有明確的結論。因為有一個亂入的因素,那就是超新星爆炸。恆星質量越大,超新星爆炸的幾率就越高。

至於宇宙中那些體積巨大的紅巨星和黃巨星,他們本身是離開了主序期而進入晚期的恆星,雖然它們體積巨大,但其質量卻遠低於R136a這樣的藍矮星/藍巨星。

恆星的質量上限是肯定有的,但缺少確切的數據。


遊子天涯君莫問

質量上限都有,行星超過行星質量上限就會變恆星,恆星超過質量上限就會極不穩定,

但有一個重要問題是質量來源。

當自身質量引力形成的壓力達到核反應持續條件時,就是恆星,超過更大的一級上限引力壓力核爆力就會失去穩定平衡。

或者塌縮或者爆棚,有的甩出物質變成行星系,有的從周圍吸引吞噬物質,這些事情都是力的平衡。

失去平衡太劇烈就就會爆成小星團,卯星團就屬於中小星團。

前些年,有人用電腦模擬星體演變,填入不同的質量和半徑,但現實中沒那麼幸運,質量和半徑不可能隨便填。

霍金就是這方面的高手,星體演變。

對星體演變的研究使人們認識到電腦不等於“上帝"

現實中存在的一定符合數學,符合數學的,現實中不一定存在,這是物理與數學的一次激烈碰撞,又一次說明數學與物理不是一碼事,這個現象是對大數據世界的否定,








AUTUYG

各層次星球質量大小,與形成它們的那個螺旋星雲質量大小,有直接關係,因為各層次星球其實一開始,都是形成它們的那個扁平螺旋星雲的中心核。末級的天然衛星質量小,它也是宇宙裡最小的螺旋星雲的產物,扁平螺旋靠螺旋向心慣性力,向中心聚集星雲物質形成中心核球。牛頓把這個力叫萬有引力,愛因斯坦把螺旋作用力使物質空間彎曲,叫作幾何時空。


長眉1958

目前的理論支持恆星的質量上限為150倍太陽質量,超過這個上限的恆星,其輻射壓力足夠抵抗自身重力,導致恆星物質被強烈的恆星風吹離,使其質量下降到150倍太陽質量以下,這個限度稱為“愛丁頓光度”。實際上超過太陽質量130倍的恆星,其核心聚變反應過於猛烈,強大的輻射使其核心產生大量的正負電子對並湮滅,很容易引發失控的熱核反應,在數秒鐘內其核心所有的“核燃料”瞬間完成了核聚變反應,釋放出的能量將整個恆星完全摧毀,沒有任何東西留下,這種稱為“不穩定對超新星”。


老卡2017

都有質量上限的,行星和恆星其實最早都是一堆固體不停運轉後變成圓形,先是成為行星,行星經過若干年內部變化開始發熱,開始產生聚合反應會發光,成為恆星,然後慢慢的膨脹,能量耗盡後由於自身質量開始向中心不停塌陷形成小體積大質量的黑洞。最後開始吸收其它小於它的天體。吸收的越多質量越大,無限下去。前身做恆星是有一定質量的。


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