03.04 宇宙中會不會存在直徑達1光年的恆星?

大熊524


其實這個問題不能給肯定答案,不過就目前天文學家觀測數據來說,直徑一光年的恆星是不存在的,但是宇宙之大無奇不有,有的時候現在固定的理論也會因為觀測數據而改變。


而且如果有直徑一光年的恆星,它的質量也不會太高,接下來要說一個例子,那就是盾牌座UY了 盾牌座UY是目前人類發現的最大的恆星,大犬座UY是2012年之前,人類發現的最大的恆星。盾牌座UY直徑是2376828000千米,一光年是9460730472581千米,差距可以說很懸殊。

就目前理論來說,一光年直徑的恆星不可能存在的。主要是因為恆星都是有星雲中的巨大氣體塵埃雲誕生的,大量氣體塵埃聚集而成的恆星會產生一種名叫引力坍縮的恆星效應,恆星的自身重力會不斷壓縮內部物質。

所以就是這樣,恆星的核心區域才可以進行核聚變的反應,恆星核聚變反應產生的輻射壓與引力是保持平衡的,可以這樣說,恆星就是輻射壓與引力相抗衡的過程。

所以輻射壓會限制恆星的大小,它會阻止恆星到達一定規模後繼續變大。另外,就算是有660億倍太陽質量的黑洞TON618的直徑也沒有到達1光年,它的直徑只有0.08到0.09光年。


宇宙與科學


1光年就是9萬4千六百零八億千米,是太陽直徑的680萬倍。如果是一個一光年的球體,則體積是太陽的3.14*10^20倍。假入真的有這麼一個恆星的直徑是這麼大,那麼它的史瓦西半徑將是太陽的3.14*10^20倍,即:3km*3.14*10^20=9.9億光年。

我們都知道,史瓦西半徑是物體形成黑洞後尺寸的大小。物體的史瓦西半徑大於物體自身的尺寸,說明他就是一個黑洞。而上述我們計算出來一光年的恆星,史瓦西半徑竟然達到9.9億光年,遠遠大於自身的直徑。這說明根本就不存在這樣的恆星,只能夠是黑洞才行。



當然了,我們可以通過一個公式來粗略計算恆星的質量和體積上限。恆星的極限狀態就是史瓦西半徑等於自身的半徑,這樣,假設其直徑是太陽的n倍(太陽史瓦西半徑是3km),則有:

3n^3=1392000n

解出來n=681。

所以,恆星的直徑最大可以達到太陽的681倍,即9.47億千米,約0.0001光年,不可能是1光年。


科學探秘頻道


從理論上而言,宇宙中不可能存在直徑達一光年的恆星,目前天文學家也並沒有在宇宙中觀測到直徑達到一光年的的恆星。

已知宇宙中直徑最大的恆星是盾牌座UY

盾牌座UY是現今人類發現的直徑最大的恆星,直徑大約23.8億千米,它的直徑是太陽直徑(太陽直徑大約140萬千米)的1700多倍,距離地球大約5000多光年。儘管其體積非常巨大,但質量僅為太陽質量的7~10倍。

盾牌座UY究竟有多大呢?地球到太陽的距離不過1.5億千米,太陽光傳播到地球上需要8分鐘。如果將盾牌座UY放在太陽系中心,它的表面位置將會超過木星軌道、逼近土星軌道。以土星到太陽的平均距離算,太陽光傳播到土星大約需要1小時19分鐘。

一光年大約9.46×10^12千米,將盾牌座UY的直徑換算成光年僅為0.00025光年,連一光年的萬分之三都不到。


如果存在直徑一光年的恆星,那它究竟有多大?

從太陽引力的有效作用範圍來看,太陽系的半徑大約2光年。太陽到奧爾特雲的距離差不多就是一光年,是太陽到比鄰星距離的1/4。如果真的存在直徑為一光年的恆星,太陽系內除了奧爾特雲以外的所有物質都會被它所吞併。

(奧爾特雲在太陽系中的位置)

恆星內部的物質分佈並不均勻,是呈階梯狀分佈的,在引力的作用下越靠近中心,密度越大,壓力也就越大。主序星階段的恆星的平均密度都差不多,太陽目前就處於主序星階段,太陽的平均密度大約1400kg/m^3,比水的密度略高。


在宇宙中大質量恆星數量比較稀少。以銀河系來看,大約70%以上都是紅矮星。我們的太陽是一顆黃矮星,紅矮星是一類質量比太陽質量還小的恆星。總體上來說,太陽的質量在宇宙中處於中等偏上的地位。

(紅矮星)


直徑一光年的恆星的體積為4.4x10^38立方千米,恆星平均密度按太陽的平均密度1.4x10^12kg/km^3來算,其質量為6.2x10^50千克。銀河系總質量為4.2x10^41千克,這麼看來它比銀河系的總質量還要大十幾億倍。是不是感覺到有點匪夷所思,可事實就是這樣的。

由此可見,宇宙中根本不可能存在這樣的恆星。在這麼小的空間內集中這麼大的質量,還沒有成長到一光年就已經坍縮成黑洞了,而且很有可能會形成宇宙中質量最大的黑洞。

為什麼恆星的直徑存在上限?

恆星的體積越大,質量也就越大。由於恆星的質量不可能無限增長,因此恆星的直徑必然存在上限。

恆星是由星雲形成的,恆星的理論質量上限大約為太陽質量的150倍,這個極限被稱之為愛丁頓極限。愛丁頓極限是指,在球對稱前提下恆星的發光強度極限。它是根據恆星的引力與輻射平衡狀態下計算得出的結果。

恆星的質量越大,內部的壓力也就越大,核反應也就越劇烈。當恆星內部核聚變產生的能量源源不斷的向外傳輸時,恆星外層物質在這些輻射的推動下,動能增加、運動速度會變快,當超過了恆星引力的束縛極限時,也就是超過了恆星表面的逃逸速度,最終恆星的外層就會解體。


目前天文學家在宇宙中觀測到的質量最大的恆星大約是太陽質量的260倍,這麼大質量的恆星應該是兩顆恆星合併後產生的,這在宇宙中是很少見的。

目前人類發現的宇宙中質量最大的恆星是一顆編號為R136a1的恆星,它距離地球大約16萬光年。據科學家估計,這顆恆星的質量大約是太陽質量的260倍,半徑大約是太陽半徑的30倍。這顆恆星位於大麥哲倫星雲中。

(宇宙中不同類型的恆星,體積對比示意圖)


如果260倍太陽質量分佈在直徑為一光年的球體中,這樣的密度根本不足以引起核聚變反應,也就形成不了恆星了。

宇宙中不僅不可能存在直徑為一光年的恆星,直徑為一光年的星球也是不可能存在的。

通過上面的數據計算,即使密度比水略小,直徑一光年的星球質量仍然大的驚人。因此宇宙中不可能存在直徑為一光年的星球。所謂的星球就是具有穩定形態的球狀天體。

據哈勃望遠鏡觀測,幾乎所有星系中心都存在超大質量黑洞。不管是體積還是質量,理論上來說黑洞可以無限制的增長,而且黑洞與黑洞之間還會發生合併。黑洞的胃口幾乎是無限的,像一個無底洞,可以吞噬周邊所有的物質。不過目前人類還沒有發現直徑達到一光年的黑洞。

(銀河系中心就存在一個超大質量的黑洞,與地球相距2.6萬光年,約為太陽質量的400萬倍)


一顆走到生命盡頭的巨星(恆星的晚期階段)會發生坍縮﹐如果坍縮之前質量大於奧本海默極限(大約3倍太陽質量以上),就很有可能會不可避免的坍縮成一個黑洞。未來的宇宙可能就只剩下黑洞了。

總結

恆星的質量和體積不僅存在上限,同時也存在下限,宇宙中的恆星質量通常不能小於0.08倍的太陽質量,恆星的體積自然也是有下限的。恆星的質量太小,不足以引發核聚變質量;質量太大了,會發生坍縮。


科學探索菌



目前發現的最大的恆星是盾牌座UY,直徑2,376,828,000公里,光繞盾牌座UY一圈得9個小時以上,而繞太陽一圈只需要14.5秒,要知道光速可是每秒30萬公里,是宇宙中最快的速度!

我們的太陽在未來膨脹成紅巨星之後,體積可以膨脹到火星軌道附近,而盾牌座UY作為紅超巨星,日過把它放到太陽的位置上,那麼直徑就能吞噬木星軌道,盾牌座UY能容納45億個太陽或者2億億個地球!

我們目前發現的最大的就是盾牌座UY,直徑也遠遠不到一光年,事實上宇宙中不會有任何一顆恆星直徑可以達到一光年,因為恆星的體積和質量在大到一定程度後,就會被自身的引力所壓縮,質量和體積越大的恆星壓縮的越厲害,最後被壓縮成一個黑洞。


我們的宇宙中的恆星一輩子都在受引力的制約,引力是恆星燃燒的幫手,也是毀滅恆星的兇手,恆星的體積和質量決定它的引力,直徑一光年的恆星只能被自身的引力給壓成黑洞,理論上就是一塊巧克力,只要它的體積和質量足夠大,那麼就都能變成黑洞。

其實宇宙中的確有直徑一光年甚至幾十光年的天體,這種天體就是恆星他媽,星雲。

星雲作為一種稀薄分子構成的天體,整體體積完全可以達到幾十光年,也正因為如此,星雲只能從足夠遠的地方被看到,近距離的話是看不全的,星雲之所以橫跨幾光年也是因為它足夠稀薄。


宇宙探索未解之迷


恆星的屍體可以擴張到一光年甚至更遠範圍的宇宙空間中。



圖示:蟹狀星雲,直徑12光年,還在擴張之中,一顆超新星爆炸後產生的星雲。

但當恆星還是一顆恆星的時候,它具有理論上的最大體積,可由天體物理學計算出來,這個體積遠遠小於直徑一光年的球體。而天文學家的實際觀測也沒發現直徑達到一光年的恆星呢。

已知恆星中直徑最大的是一顆紅超巨星

盾牌座UY,一顆即將死亡的恆星,目前它的直徑達到24億公里,這看起來是個很恐怖的數字,但如果把它和我們的太陽替換一下,那麼這顆紅超巨星將吞沒水星,金星,地球,火星,木星,只有土星能夠倖存。

圖示:盾牌座UC換到太陽的位置

至於我們自己的太陽,在變成紅巨星之後,大概能擴張到地球附近,很可能無法吞沒地球。

圖示:太陽成為紅巨星的時候

那麼要是按光傳播的時間來計算,太陽系內的天體離太陽有多遠呢?

首先地球離太陽大約八分鐘光程,看到了嗎?八分鐘而已。一旦用光速來衡量距離,你就會發現太陽系內的行星離太陽很近的。

那土星離太陽有多遠呢?

按土星的遠日點1,513,325,783千米計算,土星離太陽最遠的時候大概光需要走5044秒,大約1.4小時,可以說成1.4光時,距離光走一天的時間都差得遠,更不要說光走一年時間了。

哪些因素限制著恆星的體積?

首先是恆星的總質量,率先驗證愛因斯坦廣義相對論正確性的天體物理學家愛丁頓最先算出,恆星的最大質量不能超過150個太陽質量,如果超過150倍太陽質量,那麼過於強烈的核聚變反應產生的輻射壓將超過引力的約束,將多餘的質量給吹走!

那麼我們可以計算一下,150倍太陽質量假如分散在一光年直徑的球體中,它的密度是多大呢?在這樣的密度下,它能夠起動熱核反應,讓它成為一顆恆星嗎?

球的體積公式是

一光年大約等於9.46萬億千米,所以體積大約為1.348*10^38立方千米,而150個太陽質量為3*10^32千克,這樣的一個天體其密度只有2.22*10^-6千克/立方千米

相當於2.22*10^-12克/立方米

相當於2.22*10^-18克/立方厘米

而恆星密度(平均密度)的最低要求是0.01克/立方厘米。因此150太陽質量的氫和氦要是擴散到一光年這麼大的直徑的球體中,根本無法行成一顆恆星,它就僅僅是一個星雲而已,只有當它收縮自己的體積後,才能形成一個或多個恆星!

實際上,一個質子的質量都有1.67*10^-24克,上面計算出的密度,相當於每立方厘米的空間中只有大約百萬個質子,這實在是過於稀薄了。

那麼,讓我們使用逆向思維來思考一下呢?

如果一個直徑一光年的球體,擁有0.01克/立方厘米的物質密度,會形成一顆直徑一光年的恆星嗎?

還是不行,因為如此巨大的密度和如此巨大的體積將讓這些物質飛快收縮塌陷成一個巨型黑洞,轉換一下密度單位:

10千克/立方米

10^10千克/立方千米,

總體積是1.348*10^38立方千米

最終質量為1.348*10^49千克,相當於6.74*10^18個太陽質量,674億億個太陽,而我們現在發現的最大質量黑洞也才1960億倍個太陽,只有千億級別,而這個黑洞是百億億級別,相當於3500萬個最大質量黑洞的質量,這將是個恐怖的引力怪物。畢竟銀河系才1.5萬億個太陽質量,要是憑空多出這麼多質量,相當於宇宙中憑空多出449萬個銀河系,這是什麼概念?

據估算宇宙中的明物質的質量大約為10^80個質子,相當於10^53千克。而憑空多出萬分之一的宇宙質量,可能會讓整個宇宙塌陷!讓宇宙停止膨脹開始收縮都不是沒有可能喔。

圖示:宇宙是膨脹還是收縮與宇宙總質量密切相關,不過當前的測定告訴我們宇宙在加速膨脹,這是個很奇怪的現象,需要特別的解釋。

提醒,150太陽質量的限制。

這個恆星質量的限制可能只適用於從星雲到恆星的形成過程中,但如果兩顆已經成型的恆星在後期發生合併,就能突破這個質量限制。

天文學家迄今觀察到的質量最大的恆星出現在 大麥哲倫星系的蜘蛛星雲中,這裡至少有四顆恆星超越了150太陽質量的上限,其中質量最大的一顆恆星的編號是R136a1,估計質量為265 ~ 315 個太陽質量。它也是最亮的恆星之一,亮度達到太陽的871萬倍!質量增加三百倍 可亮度增加了八百萬倍,這說明這顆超大質量恆星的熱核反應進行得非同尋常的劇烈,如果愛丁頓是對的,那麼這顆恆星在它死亡前,其強烈的太陽風就會將構成它的大多數物質吹走。

如果這樣的雙星融合足夠多,天文學家就將在150-300太陽質量範圍內發現一系列巨恆星,可惜這種事情真的很罕見。迄今為止只發現了四顆,而在天文學家已經記錄的多達數十億顆恆星當中,它們的質量都小於150個太陽質量,所以,天文學家們依然相信愛,丁頓所計算出的恆星的質量上限依然是有道理的,超過恆星質量上限的恆星通常應該來自兩顆太陽的融合。

那麼我們的問題是,是否理論上允許許許多多的太陽融合在一起,形成一顆直徑超過一億光年的恆星呢?

這同樣不可能發生,太多恆星融合只會直接將它變成一顆超新星,然後塌縮成黑洞。

宇宙中沒有一光年大小的恆星,但卻可以擁有直徑超過光年的黑洞!當然黑洞的直徑指的是它的視界範圍,進入這個範圍就連光都無法逃逸。我們甚至可以根據史瓦西半徑公式計算這樣一個黑洞的質量有多大呢。

圖示:人類拍攝的第一張黑洞照片,M87黑洞,擁有65億太陽質量,看看它的黑色區域,可以輕鬆裝下太陽系。


裸猿的故事


可以肯定的是宇宙中不可能存在直徑達1光年的恆星。

為什麼這麼說呢?我們先來假設一下直徑為1光年的恆星其體積會是一個什麼樣級別的數值。

根據公式可得出這個直徑1光年的恆星體積為:4/3*3.14*(9500000000000/2)^3=4.487E+38立方千米;

而作為宇宙中再普通不過的太陽,其體積為:4/3*3.14*(1392000/2)^3=1411549470720000000立方千米:

通過以上計算數值可得出,該假設直徑為1光年的恆星體積約為太陽體積的317872611604465000000倍。

通常情況下恆星是由引力凝聚在一起的球型發光等離子體,在恆星的核心處由於在巨大引力作用下產生高溫高壓使氫元素髮生核聚變反應,因此可以肯定的是,恆星的平均密度不會太小。以太陽為例,其平均密度為1.408×10^3 kg/㎥;

假設該恆星的密度與太陽相當,那麼它的質量約為4.487E+38立方千米*10億*1408=6.32E+50(kg);

根據官宣資料顯示,科學家估算出銀河系總質量約為1.5萬億太陽質量,相當於4.1771*10^41kg。然而,在上述計算過程中,按照已設定的基本參數,在平均密度一樣的情況下,該設定恆星的質量約為銀河系的1512435964倍。

通過計算,這種比銀河系質量還要大十幾億倍的恆星既不符合邏輯,也與現行對宇宙觀測的實際情況相悖,因此直徑達1光年的恆星是不可能存在的。

一般而言,以太陽為參照物,恆星的質量普遍在0.08~265太陽質量,而直徑方面則為 0.1~1708太陽直徑,相當於恆星的質量在1.59128E+29kg~5.271115E+32kg之間,直徑則在139200km~2377536000km之間。


通過觀察,在宇宙中也確實存在比太陽大或者比太陽小的恆星,離我們比較近且比太陽大的恆星有阿爾法雙星、天狼星、南河三、織女星等,比太陽小的恆星則有比鄰星,它的質量約為地球的4萬倍,不及太陽質量的12%。

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地理那些事


宇宙中是不存在直徑達一光年的恆星的。

首先我們先來了解一下一光年有多大吧?一光年的距離就是光在宇宙中一年內走過的距離。這個距離是多少呢?大約是94607億公里。太陽的直徑大是1392000公里。一光年的距離大約是太陽直徑的680萬倍。如果宇宙中存在直徑大1光年的恆星的話,它的直徑大約是太陽的680萬倍。目前人類已知的最大恆星叫盾牌座UY。它的直徑大約是太陽的1708倍,即23.8億公里。盾牌座UY的直徑也就是0.00025光年。

恆星的平均密度是比較低的,就拿太陽來說,太陽的平均密度是每立方厘米1.4克,比水的密度稍微大一些。如果按照太陽的密度來計算的話,一顆直徑為一光年的恆星它的質量大約是太陽的300萬億倍。宇宙中不可能存在質量這麼大的恆信的。科學家經過計算認為恆星的質量一旦超過300倍的太陽質量就會坍塌成黑洞。而假象中的直徑一光年的恆星質量已經遠遠大於了300倍太陽質量。

如果它要想不坍縮成一個黑洞的話那麼它的密度又會非常的小。在宇宙中直徑達到一光年,密度又極小的天體就只有星雲了。因此,宇宙中不存在直徑達一光年的恆星,只有直徑一光年的星雲。




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兔斯基聊科學


理論上不會存在直徑一光年的恆星,目前發現體積最大的恆星是盾牌座UY,直徑將近24億公里。這是一顆位於盾牌座的紅超巨星,如果把它放在太陽的位置上,它的邊緣將會超過木星軌道,直逼近土星。
圖:我們的太陽在圖片中可能都填不滿一個像素點

一光年指的是真空中光行走一年的距離,是距離單位,大約等於94600億公里。所以目前已知最大的恆星直徑差不多是一光年的四千分之一。最終這顆巨大的恆星將會經過一場超新星爆炸,變成黑洞。
圖:一些已知恆星尺寸比較

按照現在的主流觀點認為恆星是起源於於原始星雲,這些星雲可能是在宇宙大爆炸初期就已經形成的。形成後的恆星尺寸並非一層不變,而是處於一種動態平衡中。一般尺寸越大壽命越短,因為自身的引力塌陷效果很明顯,核聚變的速率非常快。

如果恆星達到一定尺寸的時候,就難以繼續吸引更多的星雲物質,質量也不可能再繼續增加。除非是那種恆星演化到生命後期經超新星爆炸,拋掉多於物質,形成星雲,如果把整個星雲看作一個天體,那麼直徑是遠超一光年的。例如蟹狀星雲,中心是一顆脈衝星:



科學黑洞


即使是人類發現的最大恆星——盾牌座UY(體積最大),它本身是一顆紅超巨星,恆星演化末期階段,數千萬年後可能演變為黑洞。

它的直徑達到了23.7億公里之巨,放在太陽的位置上,它的體積可以吞沒當今的木星所在位置,逼近土星,但它與一光年相比較又如何呢?

數字上比較:2,375,828,000千米。一光年:9,454,240,512,000千米。

是不是感覺到差距非常之大。

那麼理論上會不會有這麼大的恆星呢,根據愛丁頓極限,當恆星吸積了過多的星雲物質時,足夠點燃內部的核聚變之時,那麼輻射出的能量即輻射壓將阻止物質被恆星引力拉過來,並且還會吹出強勁的太陽風,清空這顆恆星周圍的太空環境。

於是這顆新生的恆星就達到了引力與輻射壓的流體靜力平衡。

個人淺見,歡迎評論!

本回答由一枚遊戲科幻迷原創,感謝點贊關注,我們一起科幻想象、暢遊宇宙!予人玫瑰,手有餘香!


科學船塢


雖然宇宙很大,包含了不計其數的恆星,僅銀河系就有上千億顆,但宇宙中是不會存在直徑達到1光年的恆星。不僅現實中也沒有發現過這樣巨大的恆星,而且理論上也不支持這種恆星的存在。

恆星本身是從星雲(主要來自宇宙大爆炸)中發生引力坍縮而來,聚集越多的星雲,恆星的質量和體積也就會越大。但這並不意味著恆星可以無限增長,有一個極限會阻止恆星無限變大。

恆星不是永久性天體,它們本身處於一種動態平衡——流體靜力平衡,有兩種力量主宰著恆星。由大量物質聚集而成的恆星會產生很強的引力坍縮效應,自身重力會不斷壓縮自己。另一方面,受到強烈擠壓的核心區域可以進行核聚變反應,由此產生的輻射壓可以對抗引力坍縮。其中一種力量變強了,另一種力量也會隨之變強,反之亦然。

理論上,如果只要有星雲足夠多,它們就會被恆星的引力不斷吸收。但由於輻射壓的存在,恆星不能無限吸積星雲。當星雲吸積足夠多之後,強大的輻射壓會阻止星雲被引力吸收,引力拉不住星雲,所以恆星就無法繼續增長,這個極限被稱為愛丁頓極限。

在目前已發現的主序星中,半徑最大的只有太陽的幾十倍,即數千萬公里,遠遠小於0.5光年(4.7萬億公里)。而即便是從大質量恆星膨脹而來的紅特超巨星,目前已知最大的半徑也只有12億公里,仍然遠小於0.5光年。

根據一些模型,宇宙早期可能有一種極為龐大的恆星,它們被稱之為類星。類星有別於現在的恆星,這種天體的內部是黑洞,外部是普通物質,所以它們是無法長久穩定存在的。據估計,類星的最大半徑可達太陽的七千倍,即49億公里,但這還是遠沒有達到0.5光年的程度。


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