天体的质量并没有上限,但恒星的质量确实是有上限的,并不是因为恒星不能无限增加质量,而是因为恒星的发光发热行为导致它不能无限制增加质量!
很多朋友可能会很好奇,恒星的质量大小和它的发光发热有啥关系?其实这需要从恒星的燃烧原理开始说起
一、恒星的能量来源
恒星的光和热来自元素的聚变,但它却不能在任意位置达到这个聚变的要求,因为元素的聚变燃烧是需要条件的,而整颗恒星也仅仅是核心部位达到了这个要求,因此无论是那一颗恒星他的能量都来自于恒星的内核聚变!
在中心聚变后能量通过如下几种方式到达表面:
红矮星:通过内核对流层-对流层到达表面
黄矮星及以上:通过内核-辐射层-对流层到达表面
到达表面后能量辐射通过光子以及电磁辐射还有日冕物质抛射以及磁场等多种方式向宇宙空间输送,当然还有中微子等。
二、辐射压和爱丁顿极限
辐射压:是指暴露在电磁辐射下的物体会受到相应的压力
爱丁顿极限:天体在辐射压和引力坍缩之间的平衡值,一般是太阳质量的150倍
辐射压是支撑超大质量坍缩成黑洞的的重要支撑力,如果没有足够的辐射压,那么恒星将会过早的坍缩为黑洞,而引力坍缩则是维持天体球对称的唯一源动力,因此两者在天体演化过程中是一对手拉手的好兄弟,但天下没有不散的筵席,因为辐射压会在天体质量增大的条件下逐渐超过引力坍缩的束缚,最终恒星外层在超强恒星风的作用下大幅丢失质量!
R136a1是我们观测到质量最大的恒星,质量达到了太阳的256倍,位于大麦哲伦蜘蛛星云R136星团,这个星团中的大质量恒星比比皆是,比如R136a2和R136a3都是!但无一例外这些恒星都远超爱丁顿极限,它们正在在猛烈的恒星活动中大幅抛射质量,据天文学家估计,R136a1在过去的170万年内即耗去了20%的质量,这对于一颗数百万至千万年寿命的超大质量恒星来说也是相当奢侈的一件事!
这些奇葩一样的恒星为什么存在远超爱丁顿极限的现象都是一个谜,但当前普遍的理论认为可能是两颗或者两颗以上的恒星合并而成!
三、超大质量恒星的演化
与各位想像的并不一样,超过40倍质量以上的恒星并没有一个红巨星时代,如R136a1从内核到表面90%部分都是对流层,强烈的恒星风就是因此而引起,这个结果也导致恒星的未来并不会膨胀成一颗红巨星,而是会在大幅丢失质量后,铁核心坍缩而导致超新星爆发,这种模式被称为是Ib/Ic型超新星爆发!这种被统称为核坍缩超新星,在核坍缩超新星中,爆发的物质是随膨胀逐渐冷却,放射性衰变会成为超新星明亮光辐射的主要来源,但核坍缩超新星爆发的镍放射性同位素镍-56通常只有0.1倍太阳质量左右,因此它们爆发时整体亮度与持久性还不如Ia型超新星爆发!
超大质量的恒星演化是非常复杂的,而我们获取到的资料是非常有限的,因此未来的R136a1的发展仍然有待继续观测,但最终成为一个黑洞可能并没有多大的悬念!