它仍是颗恒星 当265个太阳融合

天文学家并不确定恒星的规模能达到多大，但如果有合适的环境，它们的体积或许会远远超乎我们的想象。夜空中闪烁的星光看上去似乎只是针眼般的光亮，但实际上它们非常巨大

天文学家并不确定恒星的规模能达到多大，但如果有合适的环境，它们的体积或许会远远超乎我们的想象。

夜空中闪烁的星光看上去似乎只是针眼般的光亮，但实际上它们非常巨大。离我们最近的恒星是太阳，其质量大约为2^1030千克。如果地球的质量相当于一个纸夹，那么太阳的质量就相当于一辆哈雷摩托。

不过，尽管质量不小，但太阳只是在平均水准之上一点而已。比太阳质量重8倍以上的恒星约占恒星总数的1%，而在银河系内，就有许多恒星的质量相当于一、两百个太阳。已知最大的恒星被称为R136a1，质量接近265个太阳。它是如此之重，以致于天文学家在2010年发现它的时候，被迫重新思考有关恒星能达到多大的理论。

这反过来也使我们要重新审视有关第一批恒星如何形成的观点。研究结果发现，第一批恒星中，有一些在大爆炸之后仅仅2亿年就已经出现，其质量甚至能达到太阳的10万倍，这使它们成为宇宙诞生以来最大型的恒星。那么问题来了，R136a1和这些原始恒星是如何变得如此巨大的呢？

了解恒星的质量不仅是为了满足好奇心。可以说，这是恒星最为重要的一个特征，决定了它如何发展和死亡。

恒星是一个巨大的热气体球，体积之大使得引力能将气体聚拢在一起。另一方面，巨大的引力也使得恒星的核心变得极端密集，具有极高的温度，从而引发核聚变。成对的原子核互相撞击、聚合，形成更重的原子，同时产生大量的热和向外推动的压力。

恒星的生命就维系于引力和压力之间的这种平衡。一旦燃料用尽，核聚变停止，恒星就无法阻止自己塌缩的命运。恒星的命运以及燃料有多快用完就取决于它本身的质量。

质量相当于数十个太阳的大型恒星燃烧得明亮且快速。它们的生命只有几亿年，然后就会以超新星的形式爆发，留下密度极大的新型天体，如黑洞或中子星。相比之下，像太阳这样较小的恒星可以稳定燃烧数十亿年，之后逐渐演变成白矮星。

根据相对简单的计算，最小的恒星可能只有大约0.8个太阳的质量。这样的恒星堪堪足够引发核聚变。任何比此更小的“恒星”只能称为气体球。

然而，尽管天文学家对恒星质量的下限较有把握，但质量范围的另一端依然十分模糊。美国奥斯汀市德克萨斯大学的天体物理学家弗尔克尔・布鲁姆(Volker Bromm)说：“这确实是天体物理学中一个很大的未解难题。”

在不远的十年之前，天文学家认为目前宇宙中最大恒星的质量大约相当于150个太阳。英国谢菲尔德大学的保罗・柯劳瑟(Paul Crowther)说：“有很好的证据――无论是理论和观测――表明，存在一个上限。”

你要很幸运才能观测到一个质量非常大的恒星，因为它们的寿命十分短暂。质量相当于一百个太阳或者更大的恒星，可能还在几百万年里死亡，在宇宙尺度上这是一眨眼的事情。一个有可能观测到这种恒星的地方是圆拱星团(Arches Cluster)，这是银河系中最为拥挤的一个恒星集群。

从观测结果看，圆拱星团形成的时间相对较近，其中大多数巨型恒星都还没有死亡。在这些恒星周围，还存在着大量恒星形成所需的物质，提供了有利于巨型恒星形成发展的环境。不过，天文学家并没有找到质量超过150个太阳的恒星。科学家认为，恒星不可能达到这么重。

在某个时刻，恒星会达到一个非常巨大的规模，亮度极高，以致于它的辐射会将外层物质冲散，导致无法再继续增长。这种自然的质量上限称为“爱丁顿极限”(Eddington Limit)，计算结果显示这一极限接近150个太阳的质量。

然而，2010年时，柯劳瑟和一个天文学家团队对另一个更大的星团――R136星团――进行了研究。他们发现，不止一颗恒星的质量超过150个太阳的质量，其中最引人注目的是一颗被称为“R136a1”的恒星，其质量达到了惊人的265个太阳质量。而且，它诞生的时候可能还更重。

R136a1是一颗沃尔夫-拉叶星，这意味着它十分巨大、明亮而且温度极高，强烈的辐射会不断逐出最外层的物质。它的温度达到53000摄氏度，亮度是太阳的接近1000万倍。即使目前它还很年轻，只有一百多万年，但它已经失去了大约相当于50个太阳的物质。换句话说，R136a1曾经的重量超过了300个太阳，远远超过150个太阳质量的上限。

后来的研究表明，超出这个上限并不是问题。柯劳瑟说，以前对爱丁顿极限的估计是相对粗糙的，更加详细的计算揭示出，恒星可以更大――至少是在理论上。就圆拱星团而言，天文学家已经发现，该星团的年龄与此前预计的大得多，这意味着真正巨大的恒星早就已经死亡。然而，R136星团足够年轻，其最初的恒星依然还在发光发热。

尽管如此，像R136a1这样巨大的恒星还是十分罕见。柯劳瑟称，银河系中如此巨大的恒星可能屈指可数。“最大的问题是，它们是怎么变得这么巨大的？”他说道。

成长中的恒星需要时间进行质量的积累。类似太阳这样的恒星，需要大约1000万年才行形成；而像R136a1这样只活跃几百万年的巨型恒星，必须在短短的几十万年里形成――在宇宙尺度上这就在一瞬间。

没有人知道确切的过程。一个观点认为，这些极大的恒星是在低温、密集的气体纤维碰撞时形成的。过去几年里，欧洲的赫歇尔太空天文台已经观测到银河系中这类纤维结构的存在，每一个结构的跨度都可达数光年。

当这些纤维结构碰撞融合时，会形成密集的气体囊，再塌缩形成恒星，从而在极短时间内形成整个星团。大部分新恒星应该较小，一些可能相对较大，只有极少的几颗会像R136a1这么大。

不过，我们很难了解这一过程是怎么发生的。柯劳瑟说：“我们对细节的了解还只是皮毛。”巨型恒星形成的区域还十分模糊，隐藏在厚厚的星际尘埃云之后，因此即使是最强大的望远镜也难以观测发生了什么。

巨型恒星也可能是两颗互相环绕运行的恒星碰撞、融合而形成。大部分质量较大的恒星会成对出现，因此，如果有这样一对恒星，各自质量都约为数十倍的太阳质量，那它们的融合就将形成一个极为巨大的新恒星。

像R136a1如此巨大的恒星如何形成还是个谜，但宇宙最初的恒星更加神秘，它们才是真正的巨大无比。最早在大爆炸之后2亿年左右，星光出现了。当时，氢和氦的气体云塌缩形成了宇宙最初的恒星。

与现在的恒星不同，最初这些恒星都非常巨大，大部分的质量都相当于数十个太阳，有些能达到100或200个太阳的质量。由于宇宙环境的差异，它们能够膨胀。特别要指出的是，当时并没有较重的化学元素。

重的化学元素很重要，因为它们有助于气体云的冷却。在高温气体中，原子会快速移动并碰撞、结合。较重的元素能将这种碰撞的能量转化为光，辐射出去。这就意味着热量的逸失。

不过，重元素并不总是存在。它们是在恒星内部的核聚变中“锻造”出来的，也产生于巨型恒星的爆发式死亡过程中。经过一代又一代恒星的成长、死亡，形成了我们今天宇宙中发现的所有元素。当恒星刚开始出现时，只有氢和氦，以及少量的锂。

在没有重元素的情况下，气体云冷却的过程就没那么容易，这使它们很难塌缩形成恒星。为了补偿，在获得足够的引力以引发塌缩之前，每个气体云必须增长得更大。由此产生的恒星会比现在的恒星大得多。

不过，几十年来，还没有人能确定它们会比现在的恒星大多少。近年来，天文学家有了一个令人困惑的发现，显示这些恒星可能显著地大于今天的恒星。他们发现了存在于大爆炸之后10亿年时的类星体。

类星体是巨大的明亮天体，每个类星体的能量都来自一个数百万倍或数十亿倍于太阳大小的黑洞。黑洞会吸收一个由尘埃和气体组成的旋盘，同时释放出巨大的能量。令人费解的地方在于，这些超大黑洞是怎么在那里出现的？

黑洞形成于恒星耗尽燃料并塌缩之后。一个黑洞要成为超大黑洞，需要吞噬周围大量的物质――以气体和尘埃的形式存在，或者与其他黑洞融合。问题在于，这些类星体在宇宙历史很早的时候就已经出现，使得超大黑洞需要在极短的时间内获得足够的质量。根据理论推断和计算机模拟，即使相当于数百个太阳质量的恒星都无法在这么短的时间内发展成超大黑洞。

对此难题有一个解释，但涉及到真正巨无霸的恒星，质量达到十万个太阳质量以上。在这种恒星面前，R136a1也是微不足道。

计算机模拟显示，100万个太阳质量的气体云能塌缩形成一个10万倍太阳质量的恒星。必须要有合适的条件：没有重的元素和大量的紫外辐射，后者会阻碍气体云的冷却。如此巨大的恒星将很不稳定，而且可能立即塌缩成一个黑洞。通过吸收尘埃和气体，或者与其他黑洞融合，这个黑洞的质量逐渐增加，直到足够为一个类星体提供能量。

“我们的计算机在生成这些天体时非常耐心，”澳大利亚莫纳什大学的亚历山大・黑格(Alexander Heger)说，“但它们是否真的存在，我们没有直接的证据。它们目前都只存在于理论上。”

我们是有可能获得一些直接证据的，如果我们能观测到黑洞形成的话。当两个黑洞碰撞时，它们引发的时空振荡成为引力波。欧洲的激光干涉空间天线(eLISA)应该能够探测到这些引力波，这个空间天文台将在2028年之后的某个时间发射升空。通过测量引力波，天文学家可以确定融合中黑洞的质量，以及它们是否来源于超大质量的恒星。

天文学家还在等待下一代的望远镜，包括詹姆斯・韦伯空间望远镜、30米望远镜、欧洲极大望远镜和大麦哲伦望远镜。这些空间天文台能够发现源自超大质量恒星的第一批黑洞。它们甚至可能捕捉到恒星塌缩成黑洞的过程。

这样的发现将是突破性的。通过了解最初的恒星能达到多大的规模，天文学家可以描绘出最初星系的模样。“最初恒星的性质，以及它们能达到多大，这些问题能告诉你宇宙历史中一个非常特别的时刻，”布鲁姆说，“在那之前，宇宙是一个简单、无趣的地方。”举个例子，“那里没有任何光源。”

闪烁的星光并不微弱。传唱的童谣中有一点是对的：我们依旧在猜测它们是什么。

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