在我們地球人看來，太陽是個名副其實(shí)的龐然大物，它擁有相當(dāng)于33萬個地球加在一起的龐大質(zhì)量。不過在恒星的世界中，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恒星，無論是質(zhì)量還是亮度，它們都要遠(yuǎn)勝過太陽。這些恒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。對于它們，天文學(xué)家還未能充分了解。
突破極限的巨無霸
2010年7月，英國天文學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)一舉刷新了人類所知最大恒星的記錄，卻也帶來了新的問題。
他們利用位于智利的望遠(yuǎn)鏡對兩個遙遠(yuǎn)的星團(tuán)進(jìn)行了觀測。其中一個星團(tuán)身處銀河系的衛(wèi)星星系大麥哲倫星云，距離我們165000光年，里面密密麻麻地?cái)D滿了年輕的恒星。在這個星團(tuán)中，天文學(xué)家辨認(rèn)出了數(shù)顆非常巨大的恒星，其中有一顆質(zhì)量甚至達(dá)到了太陽的265倍。而且，由于這種超大質(zhì)量恒星一直在拋出大量的物質(zhì)，所以這顆恒星過去質(zhì)量更大，據(jù)估計(jì)，它在剛誕生的時(shí)候質(zhì)量足有太陽的320倍之多!
這顆恒星由于質(zhì)量非常大，內(nèi)部壓力大，所以核反應(yīng)速度極快，發(fā)出的光也就非常強(qiáng)，要1000萬個太陽合在一起發(fā)出的光才能和它相抗衡。由于燃燒過于劇烈，這顆年齡僅有100萬年的恒星已經(jīng)步入了中年階段，它也將很快燃盡自己并在一場巨大的爆發(fā)中結(jié)束生命。如果把這顆星放到太陽的位置，由于它超強(qiáng)的引力，地球公轉(zhuǎn)速度加快，一年將會縮短到3個星期，當(dāng)然，沐浴在它發(fā)出的超強(qiáng)紫外線中，地球上是不會有生命的。
找到超大質(zhì)量恒星實(shí)屬不易，因?yàn)樗鼈償?shù)量稀少，而且壽命短暫。過去天文學(xué)家曾估計(jì)，恒星質(zhì)量不會超過150倍太陽質(zhì)量，而這次發(fā)現(xiàn)的265倍太陽質(zhì)量恒星大大超出了這個上限，這也對傳統(tǒng)的恒星形成理論提出了挑戰(zhàn)。
無法承受的光明
恒星們的體重相差懸殊，以太陽質(zhì)量作為1個單位，大的上百，小的只有十分之一。但不管怎樣，總是在一定范圍之內(nèi)的，既不能太小，也不能無限大。恒星質(zhì)量為什么存在這樣的限制呢?下限存在的原因簡單明了，小于0.08倍太陽質(zhì)量的天體核心壓力太小了，所以溫度不夠高，無法引發(fā)核聚變，不能成為真正的恒星。至于恒星的質(zhì)量上限，則和它們發(fā)出的光有關(guān)。
我們沐浴在陽光下的時(shí)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。這種壓力是由于光子碰撞物質(zhì)中的電子而產(chǎn)生的，被稱為光壓。人們設(shè)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，恒星的光發(fā)出來的時(shí)候，也會推動組成自身的氣體運(yùn)動。
在恒星形成的過程中，恒星會吸收周圍的氣體，不斷長大，隨著質(zhì)量的增大，恒星溫度不斷升高，發(fā)出的光也在不斷增強(qiáng)，光推動氣體的力量(實(shí)際上是光壓)當(dāng)然會越來越大。雖然引力也在隨著質(zhì)量增長，但是沒有光的力量增長的快。這樣當(dāng)恒星質(zhì)量大到一定程度時(shí)，光的推力超過了恒星的引力，就會阻止氣體落入恒星，從而導(dǎo)致恒星生長停止。
所以，恒星會存在一個質(zhì)量的上限。不過在計(jì)算這個上限的時(shí)候，天文學(xué)家們遇到了一些麻煩，恒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(shù)字，得到的結(jié)果從幾十到數(shù)百太陽質(zhì)量不等。
為了明確恒星質(zhì)量上限，天文學(xué)家求助于觀測。2005年，美國天文學(xué)家對圓拱星團(tuán)進(jìn)行了觀測，這是銀河系中質(zhì)量最大的一個星團(tuán)，里面所有恒星質(zhì)量加起來相當(dāng)于太陽質(zhì)量的11000倍。根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如果恒星質(zhì)量不存在上限的話，這個星團(tuán)中應(yīng)該會有質(zhì)量超過太陽500倍的恒星，然而實(shí)際觀測發(fā)現(xiàn)，這個星團(tuán)中最大的恒星是130倍太陽質(zhì)量。根據(jù)這些觀測，天文學(xué)家估計(jì)，恒星的質(zhì)量上限應(yīng)該是150倍太陽質(zhì)量。
但最終這個上限還是被新發(fā)現(xiàn)的265倍太陽質(zhì)量的恒星無情地突破了，接下來，天文學(xué)家們需要重新檢查自己的恒星形成理論，來解釋新的觀測事實(shí)。有的天文學(xué)家認(rèn)為，這顆恒星冠軍是兩顆恒星合并形成的，但也有人認(rèn)為，它誕生的時(shí)候就這么大。大家唯一的共識就是，恒星質(zhì)量還是存在上限的，只是這個上限提升了至少一倍有余。
不受限制的遠(yuǎn)古巨獸
雖然現(xiàn)在的恒星受到限制，質(zhì)量不能過大，但曾經(jīng)有一類恒星卻根本不在乎這個上限，它們的質(zhì)量也大得離譜，這種“無法無天”的恒星就是宇宙中的第一代恒星。
第一代恒星之所以和現(xiàn)在的恒星不同，不是物理規(guī)律不同，而是因?yàn)橛钪嬷形镔|(zhì)成分古今有所不同。第一代恒星形成的時(shí)候，宇宙中只有氫和少量的氦，正是這些恒星本身通過聚變反應(yīng)制造出了重元素，而這些元素則成為了后輩恒星的原料。
第一代恒星和現(xiàn)在的恒星一樣，都來自于巨大的星云。這類星云中由于引力的作用，氣體會不斷向本來比較密集的區(qū)域聚集，最終密集區(qū)從整塊星云中分裂出來，然后繼續(xù)收縮并吸積周圍氣體，從而形成了恒星。這塊分裂出來并最終變成恒星的星云碎片，質(zhì)量大小和原來星云的溫度有關(guān)，溫度越高，碎片的質(zhì)量就越大。
形成第一代恒星的星云由氫組成，輻射很弱，熱量散發(fā)不出去，所以溫度比較高。溫度越高，星云中分裂出的恒星質(zhì)量就越大。而后來的星云里面摻雜了其他元素，輻射比較強(qiáng)，熱量更容易流失，所以溫度較低，這樣分裂出的恒星質(zhì)量比較小。所以第一代恒星從星云中分裂出來的時(shí)候，質(zhì)量就比后來的恒星大上千倍，在起跑線上就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了后輩們。
我們剛才說到，光的推動讓恒星無法繼續(xù)吸積氣體而停止增長，但是第一代恒星剛從星云中分裂出來，質(zhì)量就已經(jīng)非常大了，即使不再吸積氣體也已經(jīng)是超大質(zhì)量恒星，所以可以完全無視所謂的質(zhì)量上限。據(jù)天文學(xué)家推測，第一代恒星的質(zhì)量范圍在100到1000個太陽質(zhì)量之間，可以說是真正的龐然大物。
隨著宇宙環(huán)境的改變，重元素變多，這樣巨大的恒星已經(jīng)不會再誕生了，它們仿佛是隨著時(shí)代逝去的遠(yuǎn)古巨獸，只留下了“化石”——它們制造出的重元素。如果我們要尋找最大質(zhì)量的恒星，只能借助望遠(yuǎn)鏡，去探索宇宙早期的太空中的那些大怪獸。
