谁说银河系很大?这几个巨无霸恒星,大到让你怀疑人生
前几天晚上带孩子在阳台看星星,小朋友突然问我:“爸爸,银河系是不是最大的?”我愣了一下,这个问题还真不好回答,银河系确实很大,光要横穿它也得十万年,但要说里面装的都是“小家伙”,那就太对不起今天要聊的这几位了。
说起来你可能不信——有些恒星的个头大到,如果把它们放在太阳的位置,能一口吞掉木星的轨道,是的,直接把木星装进肚子里,今天咱们就来翻翻这个“比银河系还难装下”的恒星排名榜,看看宇宙里那些膨胀到不讲道理的巨人们。
先搞懂一件事:为啥这些恒星能长这么大?
用费曼的话说,“如果你不能简单地解释一件事,说明你还没真懂”,那我试着用最简单的比喻来讲:
恒星一辈子都在纠结一件事——引力想把它压扁,核聚变想把它炸开,像我们的太阳,这两股力量现在势均力敌,所以它规规矩矩的,但有些恒星到了晚年,脑子一热(核心的氢烧完了),核聚变突然加剧,这股往外冲的力量一下子压倒引力,恒星就开始疯狂膨胀,变成“红超巨星”甚至“红特超巨星”。
膨胀到什么程度呢?密度低得吓人。如果把参宿四这种红超巨星的外层物质抓一把放进实验室,你会发现它的密度比地球上最好的真空还稀薄,说白了,就是一团巨大的、发着光的“热空气”。
好了,原理说清楚,下面上硬菜,我整理了一份目前天文学界公认的“体积最大恒星排行榜”,注意是比个头儿大小,不是比质量轻重。
宇宙巨无霸排行榜(按体积排)
以下数据主要参考了《天文与天体物理学报》(Astronomy & Astrophysics)近年来的研究成果,尤其是2020年欧洲南方天文台对红超巨星的一系列精确测量,排名时有浮动,因为每几年就有新发现把老冠军挤下去,但这几位常年霸榜:
| 排名 | 恒星名称 | 大致半径(太阳半径的倍数) | 如果能放在太阳的位置,边缘大概到哪儿 | 所在星座 |
| 1 | 史蒂文森2-18(Stephenson 2-18) | 约2150倍 | 吞没土星轨道 | 盾牌座 |
| 2 | WOH G64 | 约1540倍 | 接近土星轨道 | 剑鱼座(大麦哲伦星系) |
| 3 | 维斯特伦德1-26(Westerlund 1-26) | 约1530倍 | 填满木星轨道 | 天坛座 |
| 4 | 大犬座VY(VY Canis Majoris) | 约1420倍 | 填满木星轨道 | 大犬座 |
| 5 | 麒麟座UY(UY Scuti) | 约1708倍(历史数据,修订后变小了) | 接近木星轨道 | 麒麟座 |
等等,你是不是看到麒麟座UY排在第5,感觉有点意外?我头一回整理这个表的时候也愣了一下,大概在2012到2018年间,麒麟座UY几乎常年霸占各大科普文章的“宇宙最大恒星”宝座,我当时写稿子也把它捧得不行,但后来,盖亚卫星(Gaia)的精确视差测量数据出来后,天文学家对它的距离做了修正,距离一改,推算出的半径就大幅缩水了,从原来风光的1700多倍太阳半径,缩到了大概755倍左右,不过有些文献还是保留了较大的估计值,所以这里列了它早年的数据作个对比,科学就是这样,打脸来得很快,但也很真实。
现在稳坐头把交椅的,是位于盾牌座的史蒂文森2-18,把这个名字念一遍我就觉得喘不上气——如果把它的边界推到太阳的位置,边缘会直接碾过火星、小行星带、木星,一路碾到土星的轨道附近,土木双星连同它们漂亮的光环,全部在恒星肚子里化为等离子体。
排行榜里的“奇行种”:既有大家闺秀,也有宇宙奇葩
光看排名有点干,我给你挑几个有意思的说说。
史蒂文森2-18:目前已知的“尺寸之王”
它属于一个叫“史蒂文森2”的疏散星团,位于盾牌座方向,距离我们大约两万光年,这颗星属于红特超巨星,是那种膨胀到夸张程度的类别,如果用一架喷气式客机贴在这颗星表面飞一圈——当然假设它扛得住几千度高温——绕它赤道飞一圈的时间大概是1000多年,想象一下,开一辈子飞机,连百分之一的路程都没飞完。
不过它的真实直径其实仍然有争议,因为这类红特超巨星弥漫的外层大气边界非常模糊,哪里算“表面”都是个问题,另外它被厚厚的尘埃和气体包围,观测本身就有难度,所以说是“目前已知的最大”,不代表是“宇宙最大”,哪天再冒出一个更大的,我一点都不会惊讶。
(图:从左到右对比太阳、大角星、参宿七、毕宿五、参宿四、心宿二、大犬座VY的示意大小,实际比例与颜色仅供参考)
大犬座VY:曾经的老大,如今仍是经典
我上大学那会儿,天文学课本里写到“已知最大恒星”时,指的就是大犬座VY,它是比较早被认真研究的红超巨星,位于大犬座,距离约3900光年,这颗星脾气不太好——它正以惊人的速度向外抛射物质,周围形成了非常壮观的星云结构,哈勃太空望远镜拍下的照片里,它看起来像一个正在爆炸的巨型橙色泡泡糖。
虽然现在尺寸排名掉到了三四名,但它依然是研究大质量恒星演化晚期的重要样本,而且大犬座VY在天文科普圈的地位太稳固了,至今还有很多人一提“最大恒星”就想到它。
WOH G64:不是银河系的居民
榜单里唯一一位不在银河系内的选手,它躲在我们隔壁的小星系——大麦哲伦星系里,距离约16.3万光年,这么远的距离还能被精确测量,靠的是欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪(VLTI)的功劳,它周围裹着一圈很密的尘埃环,像个围脖似的,大概是这个恒星自己抛射出来的物质包着自己在转,这场景让我想到大冬天裹在厚棉被里只露个眼睛的人。
比大小这个事情,其实比你想象的难
看到这里,你应该发现了,这些恒星的半径数据都是“约”,而且不同文献给的数值能差好几百倍太阳半径,这不是天文学家不靠谱,而是测量这种极端天体本身就存在一堆麻烦事:
- 距离测不准:离我们几千上万光年的东西,差几个百分点在最终半径上就是几百倍的差距。
- 边界问题:地球有明确的大气层,但红超巨星的大气是逐渐过渡到星际空间的,你画哪条线算“表面”?
- 脉动现象:很多红超巨星属于变星,大小会周期性地增加减小,它膨胀时是2000倍太阳半径,收缩时可能只有1500倍。
- 尘埃遮挡:这些恒星外层经常被厚厚的气体和尘埃包住,真实直径比我们看到的要大。
(图:大犬座VY抛射物质的想象图,它正以剧烈的方式损失自己的外层物质,最终将走向超新星爆发)
看完这些,再抬头看夜空
我知道这些数字很抽象,2150倍太阳半径是什么概念?我用最后一段帮你“落地”一下。
光的传播速度是每秒30万公里,跑一个太阳半径大约需要2.3秒,跑一个史蒂文森2-18的半径,光需要走将近两个半小时,也就是说这颗星直径两端的人——如果存在的话——打个电话说“亮了吗”,等消息传过去验证一下再回复,一顿晚饭都凉透了。
宇宙用这种方式告诉我们:别太拿自己当回事,你觉得地球很大,木星更大,太阳比木星还大十倍,但太阳在史蒂文森2-18面前,就是大海里的一颗沙粒,而那颗巨无霸恒星,在银河系里也只是数千亿颗恒星中毫不起眼的一个,银河系呢,又是可观测宇宙中上万亿个星系里的一个普通成员。
好了,我去喝口水,讲这些数字讲得我自己脑子都要膨胀成红超巨星了,下次晴天出门,往盾牌座方向看两眼,虽然肉眼看不见那个怪物,但你知道它在那里膨胀着,慢悠悠地走向自己生命的终点——一场注定绚烂的超新星爆发。