宇宙中的最大天体有多大?
时候,在最初了解到宇宙的存在之时,我们曾经感叹太阳的庞大与无限的光辉。后来,随着对于宇宙认识的越来越多,我们又不禁惊叹原来宇宙中最大的天体并不是太阳。
其实人类很早以前,就把目光投向了宇宙,但一直以来对宇宙的认知都很“单纯”。比如认为地球是宇宙的中心,太阳围绕地球转等,因为地球是人类的家园,它的直径超过了一万两千公里,所以大家很自然地都认为,地球是一切的主宰,天地万物就是一切。直到后来人类才发现,地球不过是茫茫宇宙中的一颗行星,而随着不断 探索 ,越来越大的星体陆续被科学家发现,地球跟这些星体相比,简直就像空气里的尘埃一般。
在我们的太阳系内,地球的质量只能排到第五名。太阳系内最大的行星是木星,木星的大小相当于地球的一千三百倍,质量是地球的三百多倍。一千三百多个地球有多大,估计很多人是想象不出来的,但木星相比太阳,又微不足道了。太阳是太阳系内的中心天体,占据了整个太阳系超过99%的质量。
和我们的地球相比,一颗太阳相当于一百三十万个地球的体积,三十三万个地球的质量。这就是地球在太阳系内的“处境”。自从 探索 宇宙后,人类从没有像今天这样,对地球在宇宙中的地位如此失落,或许是因为这样的原因,越来越多的人开始致力于 探索 宇宙。
当我们把目光投向太阳系之外的时候,无情的事实又让人惊讶得说不出话来。
太阳系身处银河系当中,银河系里像太阳这么大的恒星,超过了1000亿颗,太阳的质量在银河系当中完全不值一提。天空中闪烁的星星里,大部分的质量都比太阳更大。人类迄今为止发现最大的恒星,名为盾牌座 UY,它的直径是太阳的两千倍,达到了10.4亿公里。
但这依然不是宇宙中单一天体质量的极限。宇宙中还有一个十分神秘的存在,那就是黑洞。黑洞也是一种天体,就算是最小的黑洞,其质量都要比最大的恒星更大。在我们的银河系中心,就有一个巨大的黑洞存在,整个银河系的星体实际上都在围绕这个黑洞运转。但在银河系之外,还有许多未知神秘的黑洞,质量和体积更是大得惊人。
目前为止人类发现最大的黑洞,是Ton 618类星体,它的史瓦西半径达到了1953亿公里,质量相当于660亿个太阳。
放眼整个宇宙,地球的存在就如同宇宙中的一粒尘埃一样,在太阳系里,最大的行星木星,体积是地球的1320倍,而太阳系里最大的天体——太阳,体积是地球的130万倍。
在太阳系外,还有更多更大的天体远超太阳,这颗距离地球5100光年的红超巨星——盾牌座UY,它一度被科学家们认为是宇宙中目前已知体积最大的恒星。盾牌座UY是一颗红超巨星,在1860年被德国天文学家在伯恩天文台编入恒星目录。它的直径约为24亿公里,是太阳直径的1708倍左右,几乎有50亿个太阳这么大,能容纳大约6500万亿个地球。
光环绕这颗恒星的赤道一圈都需要将近7个小时,而光环绕太阳赤道一圈仅需要 14.5 秒。如果这样说你还没有概念的话,那我们把盾牌座UY放到太阳的位置上看看,要知道,地球距离太阳约为1.5亿公里,而盾牌座UY的半径几乎是日地距离的8倍,如果将盾牌座UY放在太阳系中,它的表面可以延伸到土星轨道附近,而我们的地球和其他4颗土星轨道以内的行星都会被盾牌座UY吞掉。所以说,如果地球在太阳面前还能比喻成一粒芝麻在西瓜面前的话,那么太阳在盾牌座UY面前,连一粒芝麻都算不上。
作为一颗红超巨星,盾牌座UY的生命其实已经快要走向终点,尽管它的体积巨大,但质量却没有这么吓人,只有太阳质量的7-10倍,这是因为它的大部分质量都集中在恒星中心,而它之所以能膨胀到现在这个样子,是因为目前的盾牌座UY已经开始融合氦,并继续在核心周围的壳层中融合氢,由于氦比氢更重,更为强烈的引力坍缩效应使得核聚变反应速率变得更快,在单位时间内产生的能量更多,辐射压更强,原子的体积和原子间的空隙都要比原来大上许多。由于盾牌座UY的体积太大,它的引力已经难以束缚住外层的物质,所以它正在大量流失物质,每年,盾牌座UY损失的质量可以达到太阳的十万分之六,这意味着每隔10万年它就会损失掉相当于6个太阳的质量。随着核聚变反应的不断进行,经过几百万到几千万年后,盾牌座UY的核心中将会合成出铁元素。由于铁核聚变是吸热反应,进一步的核聚变反应将无法维持,辐射压和重力的平衡会被打破,盾牌座UY将会在一场剧烈的超新星爆发中结束它作为恒星的一生,并且坍缩成一颗黑洞。
而现在,有一颗恒星已经取代了盾牌座UY的老大地位,新晋成为我们目前 已知的体积第一大恒星 ,它就是史蒂文森2-18,这也是一颗红超巨星,它的半径是太阳的2150倍,如果把它放在太阳系的中心,它的光球层将吞没土星的轨道。
而宇宙中 质量最大的恒星 ,是R136a1恒星,位于大麦哲伦星系的蜘蛛星云中,距离地球大约16万光年,它的表面温度达到了53000 ,所有表面呈现出一种耀眼的蓝色,它的质量是太阳的265~315倍,但对于恒星来说,质量高并不是一件好事,质量越高代表寿命越短,因为超高的质量会不断丢失,大约在1000万年后,R136a1恒星也会消失在宇宙中。
那么,宇宙中还存在比他们质量更大、体积更大的恒星吗?或许有,只是目前为止人类还未发现而已,要知道,整个可观测宇宙的直径差不多是930亿光年,至少包含了1.27 x 10^22颗恒星,宇宙太大了,我们可能只是居住在一粒尘埃上的小矮人,在无限的浩瀚中漂浮。
这个问题从三个方面来回答。一是宇宙中已知的质量最大的天体,二是宇宙中已知的体积最大的天体,三是宇宙中已知的亮度最大的天体。现今宇宙中质量最大的天体是由芬兰科学家发现的一个双黑洞系统。这个双黑洞系统距地球约35亿光年,位于OJ286类星体中。类星体是亮度极高的天体,为中心黑洞提供物质。OJ286类星体包含两个黑洞。。双黑洞系统的较小的黑洞质量约是太阳质量的1亿倍,绕较大质量的黑洞运行,周期为12年。
根据较小的黑洞的运动周期推算出较大的黑洞的质量大概是太阳的180亿倍,是之前记录的最大黑洞质量的六倍。随着演化,这个双黑洞最终会合并。现今已知体积最大的天体是位于盾牌座的盾牌座UY,体积超过大犬座VY,直径是太阳的1780倍。 直径为2375828000千米。将该星放在太阳的位置,则其大小在木星轨道与土星轨道之间。盾牌座UY距离地球约9500光年,质量是16.5个太阳质量,亮度是太阳的340000倍,同时也是一颗半规则变星,周期约为740天。盾牌座UY是红超巨星,寿命非常短,大约为1000万到5000万年。最终死亡演化成黑洞。
宇宙中亮度最大的天体是被命名为SDSS J0100+2802的超亮类星体,光度是太阳光度的430万倍,中心黑洞的质量是太阳质量的120倍,距离地球128亿光年。该类星体是2013年中国天文学家利用丽江2.4米望远镜首次发现的,类星体也是宇宙中最为恐怖的天体之一,其背后供能来自超大质量黑洞,所有物理学定律在这里将失效。