首页 > 宇宙 > 太阳

谁是宇宙最大天体能吞18亿个太阳的恒星在超级黑洞前也是小弟

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-30

自从人类有属于自己的智慧以来,在这数万年里,就一直都在仰望星空!

对那熟悉而又陌生的茫茫宇宙、广袤天空,充满敬畏的同时,也有很多数之不尽的好奇。

哪怕是今天,我们开始逃离地球的束缚,奔向月球火星,开始踏入那令人颤抖不已的宇宙大航海时代!

可即便如此,太空仍然隐藏着许多秘密,浩瀚如它,让我们有时候很迷茫,我们的努力真的有用么?

这个宇宙到底有多大?

最贴切的一次形容,是在1990年,当旅行者1号,在飞离地球60亿公里时,回眸给自己的母星——地球拍了一张特写!

没想到吧!

这已经是旅行者一号最高清的画面了,但地球已化为茫茫星海中,非常不显现的一个小亮点而已。

可正如天体物理学家、科学作家卡尔-萨根所感慨那样:这个小点上,却生活每一个你爱的人、每个你认识的人,每个你曾听说的人,每个曾经在地球存在,并度过的一生,都发生在这个小小的一点而已......

人类数千年的文明,数万年的智慧发展、数百年的进化历程,地球38亿年的生命进化史,都发生在这直径12,756公里,质量高达5.97610^21吨(59.76万亿亿吨)的小点点上!

可这时候的旅行者一号,依旧还没飞出我们熟悉的太阳系,地球在太阳系里,还真不算什么!

比如:相比起8大行星中的老大——木星,地球仅是它体积的1300之一而已。

就算论质量,它也是地球的318倍。

如果,将地球与太阳相比较,太阳的体积是地球的130万倍,这个差距,就好比,若地球是一个直径1厘米的小号玻璃珠,那太阳呢,大概是1.1米高的大号瑜伽球。

当然,这个比喻也不是那么恰当,因为论质量,太阳的质量也是地球的33万倍。

可当放眼银河系的时候,你会无奈地感觉到,我们熟悉的太阳,连颗沙子都不是。

并且,在恒星家族中,人类目前的观察能力,看到体积最大的那一太阳(恒星),有人会说是盾牌座UY,也有人说是斯蒂文森2-28,就拿盾牌座UY这恒星来说吧,它究竟有多大呢?

它的体积,约是太阳的18亿倍,若太阳还是那直径1.1米的瑜伽球的话,那它或就是那直径1900米的圆形灭世陨石。

那渺小的地球,在这个实际直径约为23.74亿公里,体积最大的太阳面前,更不算什么了!若用地球这样的小圆球去填满它,你至少要找出2340万亿个地球......

当然,科学是需要严谨的!若从质量的角度来看,曾经是人类眼里体积最大的恒星盾牌座UY,质量仅仅是太阳的7~10倍,也就是地球质量231~330万倍。

迄今为止,人类所能观测到质量最大的恒星是R136a1,它也是一颗蓝超巨星。

什么是蓝超巨星呢?

这就得科普一下恒星的那漫长的一生

任何一个恒星就像一个人类那样,都会经历孕育、出生、成长、中年、衰老和死亡。

第一个阶段:宇宙中的星云气体和尘埃,不断撞击、汇聚坍缩,然后形成原行星,这个过程,你都可以理解为恒星的胎盘状态。

第二个阶段:原行星的内核致密气体的质量,足够让氢点燃,然后持续稳定地聚变为氦,这个阶段,也意味主序星恒星,真正呱呱坠地,进入一个成长期的恒星。

第三个阶段:当恒星的氢全部燃烧后,就开始燃烧氦、炭等元素,这也意味着它属于红巨星的恒星,通俗点理解,它开始了属于自己的老年生活了。

最后一个阶段:当恒星所有的氢和氦,所有能燃烧的燃料,任何能发生聚变反应的元素都烧光的时候。

重力之下,它的内核会坍缩、坍塌,从而释放出巨大的能量,也意味着恒星生命宣布死亡。

当然,这个阶段,也按质量划分接下来不同的结局。

若恒星质量足够大的,比如太阳质量8倍以上,这个阶段就属于超新星爆炸。

剩下来的尸身,足够大会有两个结果,质量8~20倍太阳大小的恒星,会化为中子星。

质量更大的会成为黑洞。

若像咱们太阳那样的话,它的老年生活——红巨星阶段后,经历行星状星云死亡过程后,就会遗留下一颗白矮星,然后到余热散尽彻底不发光的黑矮星。

以上比喻,或许不是那么严谨,但希望用最通俗的说法去理解恒星的发展历程。

另外,对大部分正在发出耀眼光芒的主序星恒星,人类科学家,会根据它们的光谱类别(即颜色)、温度、大小和亮度,进行一种名叫MK系统的分类方法。

比如,按照恒星的温度,由高到低,用O 、B、A、F、G、K和M,7个大等级9个小类别进行排列。

(记住这些字母和顺序也有个口诀或小窍门:Oh Be A Fine Girl Kiss Me)

同时,人们还可以用罗马数字来区分它的亮度,0I亮度最高的超或超巨星,II, III和IV依次适用于亮巨星、正常巨星和亚巨星;

类别V适用于主序星;

类别VI和VII适用于亚矮星和白矮星。

通过这个思路,所以,聪明的天文学家们将这样的恒星分类方法,简化到一张关系图上。

而最早是丹麦天文学家赫茨普龙,于1911年,和美国天文学家罗素于1913年,分别独立提出。

这就是天文学上,大名鼎鼎的赫罗图(Hertzsprung-Russel diagram,简写为H-R diagram)的来源。

在图上,我们熟悉的太阳被标记为G2V的主序星。

在赫罗图上,也清晰地标明了恒星的分布区域,而我们的太阳,是位于一条对角线上的。

科学家们将位于这条对角线上的恒星称为主序星,当主序星将氢耗尽之后就会开始燃烧氦,然后膨胀成为一个红巨星。

而人类观察能力,所能看到的最大质量的R136a1,是一个高亮度的光谱的恒星,也标记在赫罗图的极端左上角位置。

而R136a1的质量虽很高,但温度却凉爽,大约是56000K,这样的恒星,也被人们定义为超蓝巨星。

这颗已经步入老年生活的第一重恒星,其质量约为265~310倍太阳,相当于数千万个地球的质量,实际上它并不在我们熟悉的银河系中,而是位于大麦哲伦星系,距离地球大约是163000光年。

当然,对于这个质量最大恒星的形成,天文学家们也有自己的猜测:它有可能是几颗大质量的恒星合并而成,但对于它来说,如今留给它的时间其实不算多了,它会是威力最大的那颗超超新星而引爆出最绚丽的光芒!

然后,进去它的最后结局——化为一个黑洞!

这也是,人类认知的世界中,最庞大天体

所以,若把这类天体也算上的话!不管是论质量和体积,最大的单一天体,都并非是咱们上述一直描述那两颗恒星,而是一个黑洞——Ton618黑洞。

若我们,只计算这黑洞的类星体的核心部分。

那这个黑洞的质量,不仅有太阳的660亿倍,也是已知质量里最大的单一天体,相比我们银河系中心的黑洞,其质量还大了15,500倍,大概是我们整个银河系总质量的1/23,比一些较小的星系的总质量大得多。

比如,他大约是大麦哲伦星系总质量的6.6倍、是赛格瑞2星系总质量的10多万倍,从这个概念来理解,你大概能想象到这个天体,究竟有多么的庞大了!

当然,你也别太担心,这庞然大物,距离我们,足足有104亿光年。

或许,也有很多人会好奇,不是说黑洞是看不见么?那人们如何观测到它,又如何计算出它的质量和体积呢?

但遵循如今的黑洞理论知识,一般的黑洞,都由中心黑洞和周围的吸积盘所组成,人们肉眼或仪器设备,确实是无法直接观测到黑洞的。

因为在这个名叫黑洞视界的范围内,也是光会消失的地方,但同时由于它庞大的质量,会吸住无数的宇宙空间物质朝它奔袭而去,沦为它的食粮。

一般这个呈涡旋状的吸积盘区域范围内,都会导致强烈的物质碰撞,不仅产生了最炽热的高温,也产生了最炫目的光线.......

正因为这些天文现象出现,不仅让它成为宇宙最亮的那颗星星之一,也让天文学家们获得了很多的数据,从侧面去计算出它的更多信息。

比如说,这Ton618黑洞,其亮度大概是,2000个银河系所有恒星的总和!

若按光线消失,不可见的这区域计算,天文学家们,认为它是一种星球状的范围。

黑洞的体积,人们通常又叫做视界体积,若我们定义此为黑洞的边缘!

那Ton618黑洞的体积,会是一个直径约为3900亿公里左右的超级圆盘,就算体积最大恒星盾牌座UY,在它面前也只能是个小弟弟,直径仅为它的1/165倍!

Ton618黑洞的体积,会是最大恒星的450万倍左右,若想用咱们的太阳把这黑洞填满,就算体积不被压缩,你起码也得准备好2亿亿个,若换成地球的话,你得准备好260万亿亿个地球......

若把它的外围,比如这超级黑洞的吸积盘也算上的话,其宽度可拓展至1光年以上!

这一切,还受限于我们人类的观测能力,宇宙的浩瀚,有可能远远超越你我所想。

但正因为这些有趣、未知的存在,让我们对这个世界充满了好奇。

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质!百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。

图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。

因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源:科技日报

相关内容