宇宙中最大的恒星有多大?目前已知体积最大的恒星叫作史蒂文森2-18。

这颗恒星的名字中的史蒂文森就是它的发现者美国天文学家查尔斯·布鲁斯·史蒂文森的名字。
2-18是它的编号。
史蒂文森在1990年发现了这颗恒星。
史蒂文森2-18史蒂文森2-18位于银河系内,距离地球大约2万光年。
它是一颗红超巨星,其半径约为太阳的2158倍,体积相当于太阳的100亿倍。
另外,这颗巨大的恒星也是最亮的红超巨星之一。
但是由于距离地球过于遥远,它并不是肉眼可见的。
说起宇宙中最大的恒星,我们总会提及盾牌座UY。
它一度是已知的宇宙中体积最大的恒星。
盾牌座UY被发现于1860年。
发现时间比史蒂文森2-18早了130年。
盾牌座UY也是一颗红超巨星。
它距离地球大约9500光年。
最初的数据表明,它的直径大约是太阳的1708倍,体积大约是太阳的50亿倍。
盾牌座UY史蒂文森2-18和盾牌座UY的直径一个是太阳的2158倍,一个是太阳的1708倍。
这是有多大呢?为了更好地理解它们的大小,我们再来了解一下太阳有多大。

太阳我们很熟悉。
它是太阳系的中心天体,是距离地球最近的恒星。
太阳的直径是1392000公里。
它的直径是地球的109倍,体积是地球的130万倍。
太阳可以装得下130万个地球!太阳已经大到让我们难以理解的程度了。
如果我们把太阳和八大行星放在一起,我们就能感受到太阳的大小了,在下面这张图片中,你还能够找得到地球吗?太阳和太阳系八大行星简单了解了一下太阳有多大?我们再回过头来看看宇宙中这两个巨无霸恒星的大小。
盾牌座UY的直径大约是太阳的1708倍,也就是说它的直径达到了23.76亿公里。
而史蒂文森2-18的直径更大,达到了惊人的30亿公里。
这是什么概念呢?如果我们把这两个大家伙放在太阳系中太阳的位置上,盾牌座UY就会把木星给吞掉。
而史蒂文森2-18则会把更远的土星给吞掉。
史蒂文森2-18放在太阳的位置上然而,盾牌座UY的体积却可能带有很大的水分。
2018年,天文学家根据欧洲空间局的盖亚空间望远镜的观测数据得出,盾牌座UY的直径仅是太阳的755倍。
这么以来,盾牌座UY的直径大幅缩水,变成了10.5亿公里。
史蒂文森2-18和盾牌座UY按照这个观测结果,我们再次把盾牌座UY放在太阳系太阳的位置上的话,它只能吞掉小行星带了。
但是科学家也表示,在测量天体的大小时受到的干扰因素很多,这次测量结果是否精确还有待于进一步的验证。
史蒂文森2-18的直径是太阳的2158倍,毫无悬念地成为已知宇宙最大的恒星。
这颗恒星大到能装下100亿个太阳。

为我们送来光明和温暖的太阳在它面前就如同尘埃一般渺小啊!恒星的尺寸比较盾牌座UY和史蒂文森2-18的体积为什么会这么大?细心的朋友可能已经注意到了。
这两颗恒星有一个共同点。
那就是它们都是红超巨星。
红超巨星是一些濒临死亡的大质量恒星。
它们年轻的时候是一些10倍以上太阳质量的恒星。
因为质量巨大,它们内部的核聚变反应速度非常的快,会在1000万年内耗尽内部的氢元素。
由于质量足够大,恒星在氢元素耗尽后有足够的引力来控制内部的氦元素稳定地发生核聚变反应,直到铁元素的生成。
氦元素核聚变产生的能量要远超过氢的核聚变。
因此这些大质量的恒星晚年会膨胀的比红巨星还要大,它们也就变成了红超巨星。
红超巨星像史蒂文森2-18这样的恒星虽然过了一把最大的恒星的瘾,但是它的红超巨星阶段只有短暂的数十万年到数百万年。
最终它多半会以超新星爆发的形式结束自己短暂的一生,成为一颗中子星或者是黑洞。
超新星爆发不过它的死亡却给宇宙带来了生机。
这些恒星会在超新星爆发时将自己一生之中生成的物质元素抛洒到宇宙中。
正是这些丰富的化学元素才让宇宙中出现了生命这样神奇的事情。
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.
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