银河系的巨星：最重、最大和最亮的恒星

科学摘要

这篇文章介绍了银河系及其卫星星系中最极端的恒星，按质量、体积和亮度分类。已知质量最大的恒星是BAT99-98（约226个太阳质量），紧随其后的是R136a1（约196个太阳质量，亮度约为太阳的470万倍），两者都位于大麦哲伦云中。已知体积最大的恒星是Stephenson 2-18（约2150个太阳半径），这是一颗红超巨星，其半径足以包含土星的轨道；而长期被认为是最大的恒星UY Scuti，在距离修正后其半径被大幅下调（约755-900个太阳半径）。亮度最高的恒星主要是O型、沃尔夫-拉叶星和亮蓝变星（LBV），亮度可达太阳的数百万倍。这些巨星寿命短暂（仅数百万年），通过强烈的恒星风失去质量，最终以超新星，有时甚至是极超新星爆发，将重元素散布到星际介质中。

我们的星系中质量最大、体积最大和亮度最高的恒星有哪些？

银河系及其卫星星系中存在着极端恒星，它们挑战着天体物理学的极限。已知质量最大的恒星是BAT99-98，质量约为226个太阳质量，紧随其后的是R136a1（约196个太阳质量，亮度约为太阳的470万倍）。这些巨星属于O型或沃尔夫-拉叶星光谱类型，诞生于密集的恒星托儿所，在短短几百万年内消耗完燃料，然后坍缩成中子星或黑洞，有时会伴随坍缩星情景下的伽马射线暴，产生一种异常强大的爆炸，称为极超新星。体积最大的恒星是Stephenson 2-18，这是一颗红超巨星，其半径（约2150个太阳半径）如果取代太阳，其表面将延伸至土星轨道；而长期被认为是最大的恒星UY Scuti，在距离修正后其半径被大幅下调（约755-900个太阳半径）。其他超巨星如VY Canis Majoris或参宿四也因其巨大体积而闻名。最后，亮度最高的恒星主要是亮蓝变星（LBV），如Eta Carinae（约500万L☉），在紫外线波段释放巨大能量。这些巨星在宇宙的化学富集过程中扮演着关键角色，在爆炸时将重元素（碳、氧、铁等）散布到太空中，然后消失，留下黑洞或中子星。

质量最大的恒星

超大质量恒星的特征和命运

质量最大的恒星是不稳定的天体，诞生于富含气体的恒星形成区域。它们的质量以太阳质量（M☉）表示，通常超过太阳的100倍，有些甚至接近或超过200 M☉。在它们的生命周期中，由于极快且密集的恒星风，它们会失去大量质量。这些恒星属于O型、沃尔夫-拉叶星（WR）或亮蓝变星（LBV）光谱类型，寿命仅有数百万年，与太阳的100亿年相比非常短暂，这是因为它们快速消耗氢。它们的演化通常以核心坍缩成中子星或黑洞告终，伴随核心坍缩超新星（Ib或Ic型）。在某些情况下，这种坍缩可能伴随伽马射线暴，按照坍缩星情景，产生一种特别强大的爆炸，称为极超新星。

它们对宇宙环境的影响

这些恒星在星系演化和星际介质的重元素富集过程中扮演着重要角色。通过核聚变，它们合成从碳到铁的元素，然后在爆炸时将这些元素散布到太空中，从而促进新一代恒星和行星的形成。

已知质量最大恒星的特征
排名	恒星名称	质量（~M☉）	距离（光年）	星系 / 区域	星座
1	BAT99-98	~226	163,000	大麦哲伦云	剑鱼座（Dorado）
2	R136a1	~196 (170-230)	163,000	大麦哲伦云	剑鱼座（Dorado）
3	WR 102ka（牡丹星云星）	~150-200	26,000	银河系	人马座（Sagittarius）
4	R136c	~140	163,000	大麦哲伦云	剑鱼座（Dorado）
5	R136a2	~130	163,000	大麦哲伦云	剑鱼座（Dorado）
6	NGC 3603-A1	~120	20,000	银河系	船底座（Carina）
7	HD 93129A	~110	7,500	银河系	船底座（Carina）
8	WR 25	~100	7,500	银河系	船底座（Carina）
9	Eta Carinae	~100	7,500	银河系	船底座（Carina）
10	WR 20a	~83（每个组件）	20,000	银河系	船底座（Carina）
11	VFTS 682	~82	163,000	大麦哲伦云	剑鱼座（Dorado）
12	LBV 1806-20*	~36	28,000	银河系	人马座（Sagittarius）

* LBV 1806-20的质量在距离修正后被大幅下调（2018年双子座研究，从约15,000秒差距降至~8,700秒差距）。因此，它不再真正属于已知质量最大的恒星之列；出于历史一致性考虑，它被保留在此，但可能会被R136a3（~155 M☉）或Melnick 42（~189 M☉）等R136星团中更可靠的候选者取代。

参考来源:
• Kalari, V. M. et al. (2022), « The R136 Star Cluster Dissected with Gemini/GeMS », https://arxiv.org/abs/2208.10432 （新窗口）
• Crowther, P. A., R136a1 FAQs, University of Sheffield, https://pacrowther.sites.sheffield.ac.uk/r136a1-faqs （新窗口）
• 维基百科, « BAT99-98 », https://en.wikipedia.org/wiki/BAT99-98 （新窗口）
• 维基百科, « R136c », https://fr.wikipedia.org/wiki/R136c （新窗口）
• 维基百科, « NGC 3603 A1 », https://fr.wikipedia.org/wiki/NGC_3603_A1 （新窗口）
• 维基百科, « LBV 1806−20 », https://en.wikipedia.org/wiki/LBV_1806%E2%88%9220 （新窗口）
• Space.com, « What Is the Most Massive Star? », https://www.space.com/41313-most-massive-star.html （新窗口）
• Astronoo, « Giants of the Milky Way », https://astronoo.com/en/articles/giants-of-the-milky-way.html （新窗口）

体积最大的恒星

难以想象的半径

这些恒星以其巨大的半径（以太阳半径R☉为单位）而著称。它们通常是红超巨星或特超巨星，其大气层非常稀薄，边界模糊不清。如果这样的恒星取代太阳，其表面至少会延伸至木星轨道，甚至土星轨道。

为宇宙奉献的壮观终章

体积最大的恒星最终会以超新星（有时是极超新星）爆发，留下黑洞或中子星。某些恒星在坍缩时甚至可能产生伽马射线暴。这些恒星是宇宙中的庞然大物，但寿命短暂，在消失前为宇宙的重元素富集做出重要贡献。

已知体积最大的恒星（按半径排序）
#	名称	半径（R☉）	距离（光年）	星座
1	Stephenson 2-18	~2,150	19,000	盾牌座（Scutum）
2	WOH G64	~800至2,000（有争议）	163,000	剑鱼座（Dorado）
3	RW Cephei	~1,650	11,500	仙王座（Cepheus）
4	NML Cygni	~1,640	5,300	天鹅座（Cygnus）
5	V354 Cephei	~1,520	9,000	仙王座（Cepheus）
6	VY Canis Majoris	~1,420	3,900	大犬座（Canis Major）
7	KY Cygni	~1,420	5,000	天鹅座（Cygnus）
8	AH Scorpii	~1,411	3,300	天蝎座（Scorpius）
9	VX Sagittarii	~1,350	5,100	人马座（Sagittarius）
10	Mu Cephei	~1,260	6,000	仙王座（Cepheus）
11	V838 Monocerotis	~1,570（2002年爆发）	20,000	麒麟座（Monoceros）
12	UY Scuti	~755-900（Gaia修正）	9,500	盾牌座（Scutum）
13	参宿四	~887	642	猎户座

最亮的恒星

光明的巨人

恒星的亮度以太阳亮度（L☉）为单位，根据斯特藩-玻尔兹曼定律，取决于其温度和体积。一些恒星的亮度可达太阳的数百万倍，主要是O型和亮蓝变星（LBV）。它们仅占恒星总数的极小部分（例如，O型恒星仅占总恒星数量的百万分之几）。

已知最亮的恒星（按亮度排序）
#	名称	亮度（L☉）	距离（光年）	星座	类型
1	BAT99-98	~5,000,000	163,000	剑鱼座（Dorado）	沃尔夫-拉叶星
2	Eta Carinae	~5,000,000	7,500	船底座（Carina）	LBV
3	R136a1	~4,700,000	163,000	剑鱼座（Dorado）	沃尔夫-拉叶星
4	R136c	~3,800,000	163,000	剑鱼座（Dorado）	沃尔夫-拉叶星
5	WR 102ka	~3,200,000	26,000	人马座（Sagittarius）	沃尔夫-拉叶星
6	HD 93129A	~2,500,000	7,500	船底座（Carina）	O型
7	WR 25	~2,400,000	7,500	船底座（Carina）	沃尔夫-拉叶星
8	HD 269810	~2,200,000	163,000	剑鱼座（Dorado）	O型
9	VFTS 682	~2,100,000	163,000	剑鱼座（Dorado）	沃尔夫-拉叶星
10	NGC 3603-A1	~2,000,000	20,000	船底座（Carina）	沃尔夫-拉叶星
11	LBV 1806-20	~2,000,000	29,000	人马座（Sagittarius）	LBV
12	WR 20a	~1,700,000	20,000	船底座（Carina）	沃尔夫-拉叶星

常见问题:关于银河系巨星的一切

我们的星系中已知质量最大的恒星是哪一颗？

已知质量最大的恒星是BAT99-98，其质量估计为约226个太阳质量（M☉）。紧随其后的是R136a1（~196 M☉），在2022年修正前一直被认为是各类别的冠军。这两颗恒星都位于距离我们163,000光年的银河系卫星星系大麦哲伦云中，位于剑鱼座（Dorado），并且都属于蜘蛛星云的同一区域。

银河系中体积最大的恒星是哪一颗？

目前已知体积最大的恒星是Stephenson 2-18，这是一颗红超巨星，位于距离我们约19,000光年的盾牌座（Scutum）。其半径估计为约2,150个太阳半径（R☉）；如果它取代太阳，其表面将延伸至土星的轨道。长期被认为是最大恒星的UY Scuti，在距离修正后其半径被大幅下调（~755-900 R☉）。其他超巨星如VY Canis Majoris（~1,420 R☉）或参宿四（~887 R☉）也因其巨大体积而闻名。

银河系中最亮的恒星是哪一颗？

已知最亮的恒星是BAT99-98，其亮度约为太阳的500万倍（L☉），几乎与Eta Carinae（~500万L☉）并列，后者是一颗亮蓝变星（LBV），位于距离我们7,500光年的船底座（Carina）。R136a1以约470万L☉紧随其后。这些极端恒星在紫外线波段释放大部分能量，是银河系及其卫星星系中最亮的天体之一。

为什么这些巨星的寿命这么短？

这些巨星的寿命非常短暂，仅有数百万年，而太阳的寿命约为100亿年。这种短暂性是由于它们核燃料的消耗速度极快：巨大的质量在核心中产生高温和高压，加速了核聚变反应。它们在数百万年内燃烧完氢，然后是氦，最终坍缩成中子星或黑洞，有时会伴随超新星爆发（极超新星）。

恒星的质量、体积和亮度有什么区别？

这三个特性各不相同，但彼此相关：
• 质量：物质的数量，以太阳质量（M☉）为单位。质量最大的恒星属于O型或沃尔夫-拉叶星。
• 体积（半径）：恒星的体积，以太阳半径（R☉）为单位。红超巨星的半径巨大，但质量相对适中。
• 亮度：每秒释放的总能量，以太阳亮度（L☉）为单位。它同时取决于温度和体积，遵循斯特藩-玻尔兹曼定律（L ∝ R² × T⁴）。一颗恒星可以非常明亮但质量不大（例如：LBV），或者体积巨大但质量不大（例如：红超巨星）。

这些巨星在宇宙演化中扮演什么角色？

这些巨星在宇宙的化学演化中扮演着关键角色：
• 它们通过核心中的核聚变产生重元素（碳、氧、硅、铁等）。
• 它们通过强烈的恒星风失去大量质量，从而用轻元素丰富星际介质。
• 它们最终以超新星，有时是极超新星爆发，将这些重元素散布到太空中，为新一代恒星、行星，甚至可能是生命的形成提供原料。
• 它们的遗骸（黑洞或中子星）是极端的致密天体，继续影响其周围环境。

为什么这些恒星中有些位于大麦哲伦云？

大麦哲伦云是银河系的一个卫星星系，位于距离我们约163,000光年的剑鱼座（Dorado）。这个星系以拥有非常活跃的恒星形成区域而闻名，如R136星团和蜘蛛星云，那里诞生了极其巨大的恒星。大麦哲伦云相对较近（与其他星系相比），使其成为研究巨星的理想实验室，这解释了为什么R136a1、R136c、BAT99-98等多颗极端恒星位于那里。