與理論上可能存在的最大的恒星相比，目前探測(cè)到最大的恒星有多大？
圖解：一顆恒星的輪回。
首先，我們需要定義不同類別恒星的測(cè)量與相關(guān)術(shù)語(yǔ)。
太陽(yáng)半徑與質(zhì)量：
當(dāng)我們討論一顆恒星的尺寸時(shí)，用我們自己的恒星——太陽(yáng)來(lái)作為衡量的參考是很重要的。這顆我們熟悉的恒星直徑高達(dá)140萬(wàn)公里（87萬(wàn)英里）。這個(gè)數(shù)字是如此巨大，我們很難對(duì)其規(guī)模有一個(gè)直觀感受。說(shuō)起來(lái)，太陽(yáng)系99.9%的物質(zhì)都屬于這顆巨大的恒星，它可以容納一百萬(wàn)個(gè)地球。
圖解：藝術(shù)家對(duì)摩根-基南光譜圖的演繹，該圖譜展示了主序星之間的差異。
有了這些數(shù)值，天文學(xué)家創(chuàng)造了諸如“太陽(yáng)半徑R?”、“太陽(yáng)質(zhì)量M?”等術(shù)語(yǔ)，以用于比較不同的恒星與太陽(yáng)的大小。一個(gè)太陽(yáng)半徑等于69萬(wàn)千米（43萬(wàn)英里），而一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量等于2 x 1030千克或4.3 x 1030磅（2非億千克或4非億磅）。
另一件值得考慮的事就是我們的太陽(yáng)對(duì)于一顆恒星來(lái)說(shuō)其實(shí)比較“嬌小”。作為一顆G型主序星（具體來(lái)說(shuō)一個(gè)G2V恒星），或我們通常所知的黃矮星，它位列尺寸表中較小的那一端（參考上圖）。盡管相比于最常見(jiàn)的M型主序星——紅矮星來(lái)說(shuō)太陽(yáng)還是要大上很多的，與藍(lán)巨星或光譜上其他的巨星類相比它就不夠看了。
恒星分類：
總的來(lái)說(shuō)，恒星的分類的依據(jù)是其基本特征，例如其光譜等級(jí)(即顏色)、溫度、大小以及亮度。最常見(jiàn)的分類方法叫做摩根-基南分類系統(tǒng)（MK System），它根據(jù)恒星的溫度來(lái)對(duì)其進(jìn)行分類，其等級(jí)用字母O、B、A、F、G、K及M來(lái)表示——O表示溫度最高，而M表示溫度最低。每個(gè)字母下還會(huì)細(xì)分?jǐn)?shù)字等級(jí)——0表示最高而9表示最低溫度。O1和M9分別表示最熱及最冷的恒星。
圖解：赫羅散布圖展示了星體顏色與其絕對(duì)星等（AM），光度及有效溫度之間的關(guān)系。
在摩根基南系統(tǒng)中，亮度等級(jí)用羅馬數(shù)字表示。該等級(jí)是根據(jù)恒星光譜中特定吸收譜線的寬度來(lái)決定，而其寬度又會(huì)因恒星大氣層的密度而變化，從而可以將巨星與矮星區(qū)分開(kāi)來(lái)。光度等級(jí)0和I應(yīng)用于特超巨星及超巨星，等級(jí)II、III、IV則分別應(yīng)用于亮巨星、巨星及次巨星；等級(jí)V主要用于主序星，而等級(jí)VI和VII則代表次矮星和矮星。
鏈接中也是一張赫茲普朗-羅素圖，它展示了恒星的分類和其絕對(duì)星等（即內(nèi)在亮度）、光度以及表面溫度的聯(lián)系。這個(gè)二維圖表中用到了光譜分類的方法，一端為白、藍(lán)色漸變至另一端的紅色，再與恒星的絕對(duì)目視亮度（Mv）相結(jié)合。
平均來(lái)說(shuō)，圖中O型恒星的溫度要高于其他等級(jí)恒星，其有效溫度達(dá)到了3萬(wàn)開(kāi)爾文（K），即29727攝氏度。同時(shí)，該等級(jí)的恒星體積和質(zhì)量也遠(yuǎn)超其他等級(jí)恒星，其規(guī)模可超過(guò)6.5個(gè)太陽(yáng)半徑、16個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。而另一端的K型和M型恒星（橙矮星和紅矮星）溫度則要低得多（大約2400-5700開(kāi)爾文），其規(guī)模大約相當(dāng)于0.7至0.96個(gè)太陽(yáng)，質(zhì)量大約在0.08至0.8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。
圖解：海山二，已知最大質(zhì)量的恒星之一，位于船底座。圖源：內(nèi)森?史密斯，加州大學(xué)伯克利分校
基于太陽(yáng)的完整分類名G2V，我們可以知道它是一個(gè)溫度大約為5800開(kāi)爾文的主序星。而銀河系另一個(gè)著名的恒星系統(tǒng)——海山二（ETA carinae），該恒星系至少包括兩顆恒星并位于距離我們近7500光年外的船底座方向。該恒星系的主星的大小估計(jì)是太陽(yáng)的250倍，質(zhì)量至少達(dá)到120個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，亮度更是達(dá)到太陽(yáng)的一百萬(wàn)倍——它是目前被觀測(cè)到的最大最亮的恒星。
關(guān)于海山二這個(gè)世界的大小一直以來(lái)都有爭(zhēng)議。大多數(shù)的恒星表面都有太陽(yáng)風(fēng)，這會(huì)使恒星逐漸失去質(zhì)量。但海山二是如此龐大，它每年都會(huì)失去相當(dāng)于500個(gè)地球的質(zhì)量，天文學(xué)家也因此不能準(zhǔn)確測(cè)量該恒星的終點(diǎn)，以及其恒星風(fēng)的起點(diǎn)。另外，天文學(xué)家預(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，海山二將爆發(fā)成為人類有史以來(lái)所見(jiàn)過(guò)的最耀眼的極超新星。
如果純粹只考慮質(zhì)量，最大的恒星則非R136a1莫屬。這顆恒星位于麥哲倫云，距我們大約16萬(wàn)光年。據(jù)認(rèn)為，該恒星大約有315個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是個(gè)謎題，因?yàn)槔碚撋虾阈亲疃嘀荒苡?50個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，而其謎底是R136a1或許是由多個(gè)大質(zhì)量恒星合并而成的。無(wú)需多言，R136a1隨時(shí)都有可能作為一顆超新星引爆。
就大質(zhì)量恒星而言，參宿四是個(gè)非常好的（也很常見(jiàn)）例子。參宿四位于獵戶座的肩部，這顆我們熟知的紅色超巨星半徑約950-1200個(gè)太陽(yáng)半徑，如果放置在我們的太陽(yáng)系中，它會(huì)吞沒(méi)木星軌道。事實(shí)上，每當(dāng)我們想要審視太陽(yáng)的大小時(shí)，經(jīng)常會(huì)用參宿四作為參考（見(jiàn)下圖）。
圖解：太陽(yáng)系與參宿四的對(duì)比。
不過(guò)，盡管這顆巨人般的紅巨星讓我們意識(shí)到自己在宇宙中的渺小，在“誰(shuí)是最大的恒星”這個(gè)話題中，我們依然未曾深入。WOH H64，一顆同樣位于麥哲倫云的紅色超巨星，距離地球約17萬(wàn)光年，其半徑達(dá)到了傲人的1540個(gè)太陽(yáng)半徑，而它目前也是已知宇宙中最大的恒星之一。
除此之外還有仙王座RW，一顆距離地球3500光年的橙色特超巨星。（*應(yīng)該是11500-14000光年， 紅色或黃色特超巨星）它的直徑大約是太陽(yáng)直徑的1535倍。維斯特盧1-26同樣相當(dāng)巨大，這是一顆位于超星團(tuán)維斯特盧1的紅超巨星（超特巨星），距離地球約11500光年，其半徑約為1530個(gè)太陽(yáng)半徑。而仙王座V354以及人馬座VX在這場(chǎng)規(guī)模的較量中則勢(shì)均力敵，兩者直徑都約為太陽(yáng)的1520倍。
最大的恒星：盾牌座UY：
就目前而言，我們已知宇宙中恒星之最有兩個(gè)最有力的競(jìng)爭(zhēng)者。盾牌座UY目前位列榜首，它位于盾牌座，距離地球約9500光年。這顆耀眼的紅色超巨星（同時(shí)也是脈動(dòng)變星）的平均半徑估計(jì)達(dá)到1708個(gè)太陽(yáng)半徑，或24億千米（15億英里，16億個(gè)天文單位），從而它的體積也達(dá)到太陽(yáng)的50億倍。不過(guò)呢，這個(gè)估值包涵約192個(gè)太陽(yáng)半徑的誤差，也就是說(shuō)盾牌座UY的半徑的范圍在1516-1900個(gè)太陽(yáng)半徑之間。如果按最小半徑計(jì)算，它的規(guī)模就會(huì)小于仙王座V354和人馬座VX。
圖解：紅巨星盾牌座UY的近景。
榜單上位列第二的恒星是天鵝座NML，一顆位于天鵝座的距離地球5300光年的半規(guī)則變星。由于它位于環(huán)狀星云中，且被塵埃層層遮蔽，天文學(xué)家最終只能將其半徑范圍縮小到1642-2775個(gè)太陽(yáng)半徑。這意味著它有可能是已知宇宙中最大的恒星（與第二名足有1000個(gè)太陽(yáng)半徑的差距），或者確實(shí)是以微弱差距輸給盾牌座UY的第二大恒星。
直到幾年前，最大的恒星還被認(rèn)為是大犬座VY——一顆位于大犬座的紅色超特巨星。它距離地球大約5000光年。2006年，明尼蘇達(dá)大學(xué)的羅伯塔?漢弗萊教授估算其半徑約為1540個(gè)太陽(yáng)半徑。但事實(shí)上它的平均質(zhì)量大約只有1420個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這使得它目前在榜單上位列第八名，就排在仙王座V354和人馬座VX之后。
圖解：太陽(yáng)與大犬座VY的比較，后者曾被認(rèn)為是已知宇宙中最大的恒星。
這些就是目前我們所知的最大的恒星了，不過(guò)，僅銀河系中可能就有幾十個(gè)比它們更大的恒星，它們也許被星塵和氣體覆蓋，所以我們無(wú)法觀測(cè)。即便如此，估算這些恒星的大小和質(zhì)量理論上也是可行的。所以，最大的恒星到底有多大呢？這次，還是明尼蘇達(dá)大學(xué)的漢弗萊教授給出了這個(gè)問(wèn)題的答案。
在接受采訪時(shí)漢弗萊教授解釋道，宇宙中那些最大的恒星同時(shí)也是宇宙中最冷的恒星。以海山二為例，盡管它是已知最亮的恒星，它的溫度也高達(dá)25000開(kāi)爾文（24727攝氏度），其半徑卻只有250個(gè)太陽(yáng)半徑。與之相反，最大的恒星往往是溫度較低的超巨星。例如大犬座VY，其溫度僅有3500開(kāi)爾文（3227攝氏度）。同理，越大的恒星溫度就會(huì)越低。
漢弗萊教授估計(jì)，當(dāng)恒星溫度達(dá)到3000開(kāi)爾文時(shí)，它的大小將達(dá)到太陽(yáng)的2600倍，介于天鵝座NML體積上限和其平均大小以及盾牌座UY的大小之間。因此，這便是恒星體積的上限，至少理論上說(shuō)根據(jù)我們目前已知的信息這就是上限。不過(guò)，隨著我們對(duì)宇宙的研究進(jìn)一步深入，每一次航天器的探索、每一次載人任務(wù)的發(fā)掘，我們一定會(huì)有更加振奮人心的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)我們的疑問(wèn)也會(huì)也來(lái)越多。
別忘了去看看這個(gè)動(dòng)畫展示，其中包含了宇宙中的各類星體，從我們的太陽(yáng)系中的星球開(kāi)始，直到盾牌座UY。
現(xiàn)在還有一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)上限是否就是恒星體積的理論上限？更大的恒星是否存在，還是說(shuō)更大體積的恒星會(huì)因?yàn)橹亓μs而理論上無(wú)法存在？理論上是否有可能存在和迷你星系一樣大的恒星？這里最關(guān)鍵的決定因素就是恒星的質(zhì)量，其質(zhì)量最終決定了恒星的潛在大小。所以我會(huì)首先解釋為什么質(zhì)量會(huì)影響恒星的大小，再解釋為什么理論上星系般大小的恒星不可能存在。
首先，恒星在初成型時(shí)是一團(tuán)分子云，其質(zhì)量約為200個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，就像獵戶座分子云。在這兒我們可以引進(jìn)兩個(gè)新概念：金斯質(zhì)量和金斯長(zhǎng)度，我們可以計(jì)算分子云坍縮并開(kāi)始形成恒星的臨界值。該臨界值取決于分子云的質(zhì)量、密度以及溫度。當(dāng)坍縮開(kāi)始時(shí)，分子云內(nèi)部形成密度差異，所以這一過(guò)程也可以稱作“碎片化”。
金斯質(zhì)量：
基本上，最初的金斯質(zhì)量定義了坍縮所需的初始云的大小。一旦開(kāi)始坍縮，金斯質(zhì)量會(huì)因?yàn)榉肿釉苾?nèi)的小塊高密度區(qū)域而不斷減少。因此，從一個(gè)500個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的分子云中，往往會(huì)誕生一百多顆較小質(zhì)量的恒星，而不是一顆500個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的大恒星。
我們假設(shè)，其中一顆新誕生的恒星的質(zhì)量為80個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這已經(jīng)是非常大的質(zhì)量了，這顆恒星終結(jié)時(shí)將會(huì)爆發(fā)成超新星并最終留下一個(gè)黑洞。在恒星所有主序燃燒循環(huán)中，氫循環(huán)所需的溫度是最低的，大約只有400萬(wàn)度。相比之下，碳氮氧循環(huán)，或貝斯-魏茨澤克循環(huán)（CNO-Cycle or Bethe-Weizs?cker-Cycle）則需要約1500萬(wàn)都。這其實(shí)也是氫的燃燒，只不過(guò)該循環(huán)需要氮和氧的催化作用。另外，氦循環(huán)大約在1億度時(shí)才會(huì)發(fā)生，而碳循環(huán)則需要6億度的高溫。更不要說(shuō)在10億度才發(fā)生的氧燃燒，或60億度的硅燃燒了。
所以你看，一顆80個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星的核心溫度最少得有30億度，才能使硅元素燃燒并形成鐵。核心的溫度越高，其所釋放的能量也就越高，而這些能量必須有去處。幾乎所有的恒星最終都會(huì)達(dá)到流體靜力平衡狀態(tài)（變星除外），這意味著向內(nèi)的重力和向外輻射的壓力是平衡的。
絕對(duì)半徑：
現(xiàn)在我們?cè)撜f(shuō)說(shuō)絕對(duì)半徑了。在恒星上的某一處，重力與壓強(qiáng)梯度力相等。就拿我們的恒星來(lái)說(shuō)，在距離核心70萬(wàn)公里處，太陽(yáng)內(nèi)部向外的壓強(qiáng)梯度力與重力相等，我們因此認(rèn)為此處就是太陽(yáng)的表面。對(duì)更大的恒星來(lái)說(shuō)，情況會(huì)更復(fù)雜，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生更多能量。因此恒星表面會(huì)刮起強(qiáng)勁的太陽(yáng)風(fēng)，且會(huì)把一些恒星給“吹走”，不過(guò)基本原理對(duì)它們來(lái)說(shuō)還是適用的。
至于怎樣計(jì)算恒星理論上能有多大（比如計(jì)算它的半徑）,目前并沒(méi)有可用的公式，哪怕只是編寫一個(gè)較為接近準(zhǔn)確的電腦模型都是很難的。恒星到底能有多大，它的組成元素非常關(guān)鍵。恒星初始時(shí)含有的金屬元素越多，其發(fā)散的輻射壓力穿透恒星阻礙也越大，而相應(yīng)的朝向外部的壓強(qiáng)梯度力就更大。這也就意味著恒星的體積會(huì)比含有較少金屬元素的恒星要更膨脹一些（膨脹壓力的作用更明顯）。另一個(gè)決定因素是恒星隨著時(shí)間推移的演變，例如它由于太陽(yáng)風(fēng)而失去了多少質(zhì)量，或者它是否曾經(jīng)過(guò)不穩(wěn)定地帶從而曾經(jīng)一度失去靜力平衡狀態(tài)。
所以，基本上來(lái)說(shuō)質(zhì)量的大小是決定恒星半徑大小的關(guān)鍵因素。但恒星永遠(yuǎn)不可能具有小型星系的規(guī)模，因?yàn)楹阈莾?nèi)部的輻射壓力最終會(huì)敗給過(guò)大的重力從而限制恒星的大小。即便不考慮這個(gè)因素，恒星的膨脹發(fā)散也會(huì)持續(xù)地將表面物質(zhì)吹走，直至恒星表面氣體與星際物質(zhì)不分你我，而它也將不再屬于這顆恒星。
順便一提，在宇宙形成之初，在第一批恒星誕生之時(shí)，宇宙中并沒(méi)有金屬元素，而僅有氫和氦。一些微量的鋰元素在主序燃燒循環(huán)開(kāi)始之前就被消耗掉了。所以盡管那時(shí)的恒星質(zhì)量巨大，它們也遠(yuǎn)比我們現(xiàn)在宇宙中的恒星要小。沒(méi)有金屬元素就意味著恒星內(nèi)部更加“不透明”，輻射壓力穿過(guò)恒星時(shí)的阻力更小，因此朝向外部的壓力就更少。這也意味著重力會(huì)發(fā)揮更明顯的作用，使得恒星的體積更小。
BY: Ryan J Garrick
FY: 小北口
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