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《可观测Universe》第15章 盾牌座UY(2/5) 1/1
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1990年,哈勃空间望远镜升空后,首次拍摄到盾牌座uy的图像——它看起来像一个“模糊的红斑”,但无法分辨细节。天文学家通过哈勃的“点扩散函数”(psf)分析,估算其角直径约为0.0003角秒,对应半径约1200倍太阳,但仍不确定是否准确。

2.3 21世纪的“破局”:vlti的“直接测量”

2010年,欧洲南方天文台的vlti(甚大望远镜干涉仪)上线——它由四个8米望远镜组成,能通过干涉原理,模拟一个16米口径的望远镜,直接测量恒星的角直径。

vlti的观测结果显示:盾牌座uy的角直径约为0.0005角秒,结合9500光年的距离,算出其半径约为1700倍太阳——这一数据刷新了“最大恒星”的纪录(此前的纪录保持者是天鹅座n,半径约1650倍太阳)。

2020年,gravity干涉仪进一步测量了它的质量:通过追踪其周围尘埃盘的轨道运动,算出质量约为20-40倍太阳——这个数值解释了为什么它能膨胀到如此程度:大质量恒星的核聚变更快,燃料消耗更迅速,膨胀也更剧烈。53言情

三、物理特征:“膨胀的火球”背后的科学逻辑

盾牌座uy的“胖”,不是“虚胖”,而是恒星演化的必然结果。要理解它的“膨胀”,必须从恒星的“生命周期”和“内部物理”说起。

3.1 红超巨星的定义:“冷却的巨球”

红超巨星是恒星演化的一个阶段,通常出现在大质量恒星(≥8倍太阳质量)耗尽核心氢燃料之后:

核心收缩:当核心的氢聚变停止,引力会让核心收缩,温度升高;

外壳膨胀:核心的高温会“点燃”外壳的氢聚变(壳层聚变),释放的能量将外壳猛烈推开,导致恒星急剧膨胀;

温度下降:膨胀过程中,恒星的表面积增大,表面温度降低(从蓝白色降到红色),成为“红超巨星”。

3.2 盾牌座uy的“内部引擎”:核聚变的“接力赛”

盾牌座uy的核心,正在进行一场“核聚变接力”:

第一阶段:氢→氦——它原本是一颗b型蓝白色恒星(质量约30倍太阳),核心的氢聚变持续了约2000万年,耗尽了核心的氢;

第二阶段:壳层氢聚变:核心收缩后,外壳的氢被点燃,释放的能量让恒星膨胀到现在的大小;

第三阶段:即将开始的氦聚变——当壳层氢聚变结束后,核心会继续收缩,点燃氦聚变(将氦变成碳和氧),此时恒星会进一步膨胀,成为“超红超巨星”,直到最终爆发。

3.3 “胖”的代价:极低的密度与强烈的恒星风

盾牌座uy的密度极低——约为10??克\/立方厘米(太阳是1.4克\/立方厘米),相当于“把太阳的物质铺在地球那么大的体积里”。这种低密度,导致它的大气层极不稳定,产生了强烈的恒星风:

恒星风速度约为100公里\/秒(太阳是400公里\/秒,但因盾牌座uy体积大,总质量损失率更高);

每年损失的质量约为10??倍太阳质量(太阳是10?1?倍)——相当于每10万年损失一个太阳质量。

3.4 亮度之谜:“大表面积”的胜利

尽管盾牌座uy的表面温度只有3000k(比太阳低近一倍),但它的亮度是太阳的34万倍——秘密在于表面积:

亮度公式:l = 4πr2σt?(l是亮度,r是半径,σ是斯特藩-玻尔兹曼常数,t是温度);

盾牌座uy的r是太阳的1700倍,r2是2.9x10?倍;t?是(3000\/5778)?≈0.03倍;

总亮度:2.9x10? x 0.03 ≈ 8.7x10?倍?不对,实际是3.4x10?倍——因为计算时用了更精确的t值(3000k)和r值(1708r☉),还有σ的精确值(5.67x10?? w\/\/k?)。

简单来说,盾牌座uy的“大”弥补了“冷”,总发光量仍远超太阳。

四、演化阶段:从蓝巨星到“宇宙巨无霸”的中年危机

盾牌座uy的“胖”,是它“中年危机”的表现——大质量恒星的晚年,总是伴随着剧烈的膨胀和物质损失。笔酷阁

4.1 主序星时期:蓝白色的“暴躁小伙”

盾牌座uy的“青年时代”,是一颗b型蓝白色恒星:

温度约k,颜色蓝白;

核心进行氢聚变,亮度是太阳的10万倍;

寿命约2000万年(太阳的主序星寿命是100亿年)——因为它质量大,核聚变反应更快。

4.2 膨胀阶段:变成“红超巨星”的“中年发福”

当核心的氢耗尽,盾牌座uy进入“中年危机”:

核心收缩,外壳膨胀,体积增大1700倍;

表面温度下降到3000k,变成红色;

恒星风增强,开始损失大量物质。

4.3 当前状态:“最后的膨胀”与即将到来的终点

现在的盾牌座uy,已经膨胀到了“极限”:

它的外壳已经接近“洛

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