恒星大小是否有限制，顶级能到多大，直径能超过一光年吗？

常有人觉得我们太阳太小了，老问：宇宙中有没有直径超过1光年的恒星？我可以肯定干脆地回答，没有。为什么呢？我们一起来讨论。

恒星稳定的前提是内外压差的平衡。天体由于自身巨大质量形成的引力向心压力，内部的高压和高温点燃了热核聚变，持续进行的核聚变，产生的巨大能量以电磁辐射的方式向外传播，由此而发光发热，这就是恒星。恒星中心核聚变巨大辐射压，抵御住了本身质量的引力向心收缩压，使其内外压保持一个平衡稳定状态。

这种平衡能够维持多久，决定了这颗恒星的寿命有多久。如果这种平衡被打破，这颗恒星就会变得极不稳定，无法维持恒星的稳定状态，很快就会解体。研究证明，恒星寿命长短完全取决于质量，质量越大，寿命越短；反之寿命越长。

恒星有一个质量最小下限，这是因为天体没有达到一定质量，核心部分的压力和温度达不到点燃核聚变的条件，就不会成为恒星。这个质量下限是太阳质量的0.8%左右，相当木星质量的80倍；恒星的质量上限就是“爱丁顿极限”，现在认为约300倍太阳质量。

因此，恒星上限受“爱丁顿极限”限制。英国天体物理学家、数学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿爵士，是最早接受并理解爱因斯坦相对论的科学家，为了验证爱因斯坦认为光线经过太阳时，会受到太阳引力而弯曲的预言，他于1919年5月率领一支科学考察队远涉非洲观测日全食，验证了这个预言的正确，引起了世界科学界轰动，广义相对论从此声名鹊起，成为物理学界顶级基础理论。

“爱丁顿极限”理论就是爱丁顿爵士创建的。这个理论认为，在球对称前提下的天体，辐射压力不能超过引力承受的光度上限。所谓光度上限，就是辐射压上限。恒星质量越大，核心受到的压力就会越大，在这种压力下，核聚变就会越剧烈，这样形成的辐射压就会越大，超过了上限值，辐射压就会将外层物质冲散，恒星就难以将外围物质聚拢，恒星就会解体。

人们开始认为，恒星质量一般不会超过太阳质量的150倍。随着对宇宙恒星观测的深入，发现宇宙中存在不少大于太阳质量150倍的恒星。不过这些恒星都处于不稳定状态，外围物质不断逃逸，验证了恒星质量的确存在一个“爱丁顿极限”。

迄今发现最大质量的恒星是r136a1，其质量达到太阳的265倍~315倍，这说明宇宙中最大质量恒星可以达到300个太阳质量。

观测发现，r136a1外围物质极不稳定，几十万年间已经逃逸流失了相当50个太阳质量的物质，而这颗恒星的年龄才有170万岁，由此说明这种大质量恒星几乎是一诞生，就处于极不稳定状态。

r136a1的直径约太阳的28.8~35.4倍，即便按照太阳35倍计算，直径也只有4900万千米。1光年尺度为9.46万亿千米，r136a1的直径只有1光年的约2万分之一。

一般来说，恒星演化后期中小质量恒星膨胀得更大。一些质量远低于r136a1的恒星，但由于其密度小，因此体积很大。迄今发现最大体积恒星史蒂文森2-18，直径达到太阳2158倍，也就是约30亿千米，即便如此，也只有约3153分之一光年。这颗恒星相当100亿个太阳的体积，可以装下1.3亿亿个地球；盾牌座uy的直径达到太阳的1708倍。

但这些最大体积恒星质量反而不大，如史蒂文森2-18只有太阳质量的17.9倍，而盾牌座uy只有太阳质量的10倍。这些质量在太阳8~30倍之间的恒星，演化后期会有一个红超巨星阶段，外围质量逐渐流失，很不稳定，超新星爆发是它们最后结局，中心会留下一个致密的中子星。

海山二的质量是太阳的120~200倍，已经处于极不稳定的演化后期，随时都有可能爆发。但其直径也就是太阳的240倍左右，比前面说的史蒂文森2-18和盾牌座uy小多了。中等质量恒星在早期主序星阶段体积并不大，只是演化后期才会膨胀。而更大质量恒星反而等不到膨胀到很大，就因为中心剧烈的热核反应失控而爆炸了，中心会留下一个黑洞。

那么，恒星质量虽然有限制，体积可以无限放大吗？这是肯定不行的。实际上史蒂文森2-18和盾牌座uy等恒星的体积已经大到极限了，它们表面引力已经很小很小了。这一点，通过恒星表面重力加速度的大小就可以看出。

重力加速度计算公式为g=GM/r^2，其中g为天体表面重力加速度，单位为m/s^2；G为引力常量，取值约6.67x11^-11N·m^2/kg^2；r为天体半径，单位m。

根据公式计算，太阳表面重力加速度为275m/s^2，地球表面重力加速度为9.8m/s^2，而盾牌座uy表面重力加速度只有约0.0009m/s^2，比地球小10000倍。而这颗恒星密度只有太阳密度的4.5亿分之一，地球密度的约18亿分之一，比地球地表空气密度还小数十万倍，这样的恒星依靠引力已经很难拉住表面活跃气体流失了。

事实上这种恒星本来就是演化晚期，质量正在流失的恒星。根据恒星演化规律，大于太阳质量8倍的恒星，最终等不到外围气体消散掉，就会发生超新星大爆炸，把自己炸得粉碎，中心留下一个致密的核，这就是中子星，大于太阳30~40倍的恒星，爆发后中心会留下一个黑洞。

宇宙最大的单个天体是黑洞。像r136a1这种极大质量恒星，由于其核心核聚变剧烈程度与引力压不平衡，导致恒星处于不稳定状态，寿命极短，一般只有几百万年寿命，不会超过1000万年。而太阳寿命可达100亿年，现在已经50亿岁了，r136a1寿命只有300万年左右，现在170万岁了，质量就已经大量流失了，因此这种恒星不可能发展到像盾牌座uy这样体积超大的红超巨星阶段。

大量观测验证了爱丁顿极限理论的正确，现在天文学家们认为，恒星最大极限在300个太阳质量左右，大于这个质量的恒星无法在宇宙中存续下去。因此，宇宙中不可能存在1光年直径的恒星。

目前宇宙最大的单个天体是黑洞。黑洞是恒星的顶级尸骸，而且通吃宇宙中的一切天体，越吃越胖，越长越大，上不封顶。现在已知最大黑洞叫SDSS J140821.67+025733.2，质量是太阳的1960亿倍，其史瓦西半径可达5880亿千米，是1光年尺度的1/16。理论上黑洞质量没有上限，今后会不会发现超过1光年直径的黑洞呢？难以预料。

如果真有超过1光年直径的黑洞存在，那这个黑洞的质量将超过3万亿个太阳，相当15个银河系总质量，恐怖吧？

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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