但受限于技术,19世纪的望远镜无法测量其角直径,这个猜测只能停留在纸面上。
2.2 20世纪的“技术瓶颈”:哈勃的“模糊图像”
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NML,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。
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2.9×10?倍;T?是(3000/5778)?≈0.03倍;
总亮度:2.9×10? × 0.03 ≈ 8.7×10?倍?不对,实际是3.4×10?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(5.67×10?? W/m2/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。
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”
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