為什麼恆星的質量不能肆無忌憚地增大？

在我們地球人看來，太陽是個名副其實的龐然大物，它擁有相當於33萬個地球加在一起的龐大質量。不過在恆星的世界中，太陽也只是個平淡無奇的普通角色罷了，宇宙中有更加巨大的恆星，無論是質量還是亮度，它們都要遠勝過太陽。這些恆星中的巨無霸同太陽這樣的小兄弟們相比，不但在身材上差別巨大，形成和演化過程也有著諸多不同。對於它們，天文學家還未能充分了解。

突破極限的巨無霸

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2010年7月，英國天文學家的新發現一舉刷新了人類所知最大恆星的記錄，卻也帶來了新的問題。

他們利用位於智利的望遠鏡對兩個遙遠的星團進行了觀測。其中一個星團身處銀河系的衛星星系大麥哲倫星雲，距離我們165000光年，裡面密密麻麻地擠滿了年輕的恆星。在這個星團中，天文學家辨認出了數顆非常巨大的恆星，其中有一顆質量甚至達到了太陽的265倍。而且，由於這種超大質量恆星一直在拋出大量的物質，所以這顆恆星過去質量更大，據估計，它在剛誕生的時候質量足有太陽的320倍之多!

這顆恆星由於質量非常大，內部壓力大，所以核反應速度極快，發出的光也就非常強，要1000萬個太陽合在一起發出的光才能和它相抗衡。由於燃燒過於劇烈，這顆年齡僅有100萬年的恆星已經步入了中年階段，它也將很快燃盡自己並在一場巨大的爆發中結束生命。如果把這顆星放到太陽的位置，由於它超強的引力，地球公轉速度加快，一年將會縮短到3個星期，當然，沐浴在它發出的超強紫外線中，地球上是不會有生命的。

找到超大質量恆星實屬不易，因為它們數量稀少，而且壽命短暫。過去天文學家曾估計，恆星質量不會超過150倍太陽質量，而這次發現的265倍太陽質量恆星大大超出了這個上限，這也對傳統的恆星形成理論提出了挑戰。

無法承受的光明

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恆星們的體重相差懸殊，以太陽質量作為1個單位，大的上百，小的只有十分之一。但不管怎樣，總是在一定範圍之內的，既不能太小，也不能無限大。恆星質量為什麼存在這樣的限制呢?下限存在的原因簡單明了，小於0.08倍太陽質量的天體核心壓力太小了，所以溫度不夠高，無法引發核聚變，不能成為真正的恆星。至於恆星的質量上限，則和它們發出的光有關。

我們沐浴在陽光下的時候，會承受陽光的壓力，雖然感覺不出，但光施加的壓力是的確存在的。這種壓力是由於光子碰撞物質中的電子而產生的，被稱為光壓。人們設想的在太空穿梭的太陽帆，就是靠陽光的推動在太空航行的。同樣，恆星的光發出來的時候，也會推動組成自身的氣體運動。

在恆星形成的過程中，恆星會吸收周圍的氣體，不斷長大，隨著質量的增大，恆星溫度不斷升高，發出的光也在不斷增強，光推動氣體的力量(實際上是光壓)當然會越來越大。雖然引力也在隨著質量增長，但是沒有光的力量增長的快。這樣當恆星質量大到一定程度時，光的推力超過了恆星的引力，就會阻止氣體落入恆星，從而導致恆星生長停止。

所以，恆星會存在一個質量的上限。不過在計算這個上限的時候，天文學家們遇到了一些麻煩，恆星形成中的不確定因素比較多，所以無法得到一個明確的數字，得到的結果從幾十到數百太陽質量不等。

為了明確恆星質量上限，天文學家求助於觀測。2005年，美國天文學家對圓拱星團進行了觀測，這是銀河系中質量最大的一個星團，裡面所有恆星質量加起來相當於太陽質量的11000倍。根據統計規律，如果恆星質量不存在上限的話，這個星團中應該會有質量超過太陽500倍的恆星，然而實際觀測發現，這個星團中最大的恆星是130倍太陽質量。根據這些觀測，天文學家估計，恆星的質量上限應該是150倍太陽質量。

但最終這個上限還是被新發現的265倍太陽質量的恆星無情地突破了，接下來，天文學家們需要重新檢查自己的恆星形成理論，來解釋新的觀測事實。有的天文學家認為，這顆恆星冠軍是兩顆恆星合併形成的，但也有人認為，它誕生的時候就這麼大。大家唯一的共識就是，恆星質量還是存在上限的，只是這個上限提升了至少一倍有餘。

不受限制的遠古巨獸

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雖然現在的恆星受到限制，質量不能過大，但曾經有一類恆星卻根本不在乎這個上限，它們的質量也大得離譜，這種「無法無天」的恆星就是宇宙中的第一代恆星。

第一代恆星之所以和現在的恆星不同，不是物理規律不同，而是因為宇宙中物質成分古今有所不同。第一代恆星形成的時候，宇宙中只有氫和少量的氦，正是這些恆星本身通過聚變反應製造出了重元素，而這些元素則成為了後輩恆星的原料。

第一代恆星和現在的恆星一樣，都來自於巨大的星雲。這類星雲中由於引力的作用，氣體會不斷向本來比較密集的區域聚集，最終密集區從整塊星雲中分裂出來，然後繼續收縮並吸積周圍氣體，從而形成了恆星。這塊分裂出來並最終變成恆星的星雲碎片，質量大小和原來星雲的溫度有關，溫度越高，碎片的質量就越大。

形成第一代恆星的星雲由氫組成，輻射很弱，熱量散發不出去，所以溫度比較高。溫度越高，星雲中分裂出的恆星質量就越大。而後來的星雲裡面摻雜了其他元素，輻射比較強，熱量更容易流失，所以溫度較低，這樣分裂出的恆星質量比較小。所以第一代恆星從星雲中分裂出來的時候，質量就比後來的恆星大上千倍，在起跑線上就遠遠超越了後輩們。

我們剛才說到，光的推動讓恆星無法繼續吸積氣體而停止增長，但是第一代恆星剛從星雲中分裂出來，質量就已經非常大了，即使不再吸積氣體也已經是超大質量恆星，所以可以完全無視所謂的質量上限。據天文學家推測，第一代恆星的質量範圍在100到1000個太陽質量之間，可以說是真正的龐然大物。

隨著宇宙環境的改變，重元素變多，這樣巨大的恆星已經不會再誕生了，它們彷彿是隨著時代逝去的遠古巨獸，只留下了「化石」——它們製造出的重元素。如果我們要尋找最大質量的恆星，只能藉助望遠鏡，去探索宇宙早期的太空中的那些大怪獸。

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