宇宙中，星體的體積存在極限嗎？

01-21

宇宙中，星體的體積存在極限么

當然，多種星體都會存在上下限。不過由於各種問題，很少看到理論上的星體體積極限，質量倒是有，星體的身份與體積定義有時很成問題。

恆星，暫不考慮末期形成的緻密天體：

理論上，恆星的質量要大於大於13倍木星質量（木星質量大概是太陽的千分之一），這樣才能引發氘核聚變。質量在13倍至80倍木星之間的天體稱為褐矮星（也稱次恆星），更小的次褐矮星有時就不認為是恆星了。曾經的恆星演化理論認為恆星質量上限是120倍太陽質量（宇宙早期形成的第三星族星可以輕易突破這一極限），質量再大，消耗燃料更快，內部的壓力甚至可以克服引力而讓許多物質猛烈噴發出來，難以穩定存在。但在R136超星團內發現了好多顆質量大於這個極限的恆星，R136a1甚至達到了265倍太陽質量，據推測其剛形成時質量達到了驚人的320倍太陽質量。有理論認為這樣的恆星是多個恆星合併形成的。

那體積呢？這就需要恆星邊界的良好的定義了。特超巨星的平均密度算下來算下來可能比地球海平面大氣密度還小，考慮到其內部密度更大，外部的密度會小於地球高層大氣，相當稀薄，恆星的噴發層是否應該拉進來算半徑？在技術上確定恆星半徑是有困難的。下表給出了統計得到的一些大體積恆星，最大的超過1700太陽半徑（大犬座VY的體積前幾年被修正過，不再是最大）：http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_largest_known_stars#List

下限按照0.013太陽質量的OTS 44取，約0.2個太陽半徑。

行星：

本來太陽系內行星已經夠頭大了，比如還有人堅持認為地球與月球是雙行星，冥王星與卡戎也是等等，如果還考慮太陽系外行星的話。要對這些作出定義，需要考慮的不光是科學上的，還有文化上的因素。

太陽系內行星無非那麼幾個，最小的就是下限，最大的就是上限。冥王星因為不能清除軌道附近的物體而被掃出門，但它的大小也曾備受吐槽，未來就算髮現更多行星，下限也不會比冥王小多少。

對太陽系外行星的定義甚至可以是不繞恆星旋轉的，比如「星際行星」，下面是03年修訂後的定義：

http://www.dtm.ciw.edu/boss/definition.html

系外行星從0.3個地球半徑（Kepler-37b）到木星的2倍以上（HAT-P-32b），這是目前統計結論：

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_extrasolar_planet_extremes#Planetary_characteristics

而根據定義，太陽系外行星的質量和大小下限參考太陽系，所以未來發現更多系外行星時下限可以進一步到冥王星大小左右；而上限，HAT-P-32b已經和上面所提的OTS 44差不多大了，而前者不過才1個木星質量，未來完全可能刷新這一上限，即行星的半徑可以大於恆星。

太陽系小天體：

列表在此，自行比對即可：

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Solar_System_objects_by_size

此處有直觀圖：

http://kokogiak.com/solarsystembodieslargerthan200miles.html

其中衛星半徑可以大於行星（木衛三&>.水星），也可以很小，200m左右（如S/2009S1）。

樓主問得估計是星體，我們分三種討論：行星，恆星，和恆星死亡後的殘骸。

先從行星開始討論，眾所周知行星分為類地行星和類木行星這兩大類（後者還包括冰巨星（類海行星）這個子分類）。類地行星向下無止境（你可以把一個石頭叫做類地行星），但如果滿足流體靜力學那種球狀個人估計一般最少也得在100km直徑左右（這和目前小行星的結果相符），最大一般質量在地球的20倍左右（再大就會把氫氣和氦氣吸引過來，變不成類地行星了），那麼直徑最多也就是地球的5倍左右（由冰構成的超級地球，類似熱海王星）。而類木行星直徑和質量最小估計是地球的2.5倍左右（迷你海王星，再小質量不足以吸收足夠的氫氣氦氣水蒸氣等氣體），最大的體積是那種蓬鬆行星（熱土星，直徑大約是木星的2.5倍左右，但質量不超過木星的1.5倍，否則會被壓縮變小）。行星最大質量一般大約是木星的30倍（再大就得叫褐矮星了）。褐矮星是介於恆星和行星之間的天體，質量在木星的13~70倍之間，但直徑一般不超過木星的2倍（再大就會被壓縮變小）。而真正的恆星（正常還能主動產生能量的恆星，白矮星那種殘骸不算），最小的一般是紅矮星，木星大小的體積（太陽的千分之一體積），但有70個木星質量。正常的主序星質量最大的就是樓上所說的R136a1（一開始估計有太陽的320倍質量，以後變成超新星時估計會發生光子蛻變），直徑也就是太陽的35~40倍左右，但體積最大的卻是那群特超巨星。不過特超巨星在中低溫段（15000K以下，大概是B7以後，也就是部分藍特超巨星，所有的白特超巨星，黃特超巨星，紅特超巨星）有限制（記不清哪本專業教材上講過，大概在絕對星等-9.5等左右，大約是太陽的50萬倍光度），這裡我們放寬到100萬倍太陽光度（為什麼強調光度，和後面有關）。

假設有一顆世界之最級別的紅特超巨星，有100萬倍太陽光度。考慮到它的溫度大概是太陽的一半（這裡按太陽的一半計算），那麼為了維持100萬倍太陽光度，它的表面積必須是太陽的1600萬倍左右（根據光度和溫度的四次方正比關係），那麼半徑應該是太陽的4000倍左右。當然，由於限制條件（光度首先沒有那麼高，而且光度和溫度也不是嚴格四次方正相關），實際上會小一些。而目前最大的紅特超巨星半徑也在太陽的2000倍左右，考慮到溫度後光度也就是太陽的50萬倍左右（這和上述的理論基本符合）。而4000倍太陽半徑大約意味著天王星軌道的大小，實際上目前最大的特超巨星也就土星軌道半徑。而溫度更高的黃特超巨星，白特超巨星，藍特超巨星體積只會更小：黃特超巨星按照以上估算（最低溫度大約5000K），半徑大約在太陽1300倍左右；而白特超巨星（最低溫度大約7000K）則限制在太陽的700倍左右。這些都和目前的發現相符合。藍特超巨星由於光度限制不多（雖然理論上沒有上限，但一般越亮的藍超巨星溫度也比較高），就算目前發現最亮的特超巨星的光度：900萬倍太陽光度（在主序星附近的R136A1可以達到870萬倍，但特超巨星海山二不到600萬倍，這裡按最大值估算），溫度如果是太陽的2.5倍，那麼半徑也不過太陽的500倍左右（這已經明顯高估，實際上目前最大的藍特超巨星手槍星也就太陽的300倍半徑）。

而對於恆星的殘骸來說，無論是白矮星還是中子星抑或恆星級別的黑洞，體積都遠遠小於前者。白矮星的體積和類地行星相仿，中子星半徑在10~30km，而黑洞半徑則按照質量（太陽質量）*3km計算，一般恆星級別黑洞半徑在10~100km左右。當然，和那種質量上百萬甚至幾百億倍太陽的星系級別超級黑洞相比，簡直弱爆了。但超級黑洞稱作天體實在勉強，它們的體積最大的估計有0.03光年左右的半徑（1000億倍太陽質量，大約有2000個天文單位）。

這就是宇宙中所有能稱作天體級別的體積大小範圍，當然最後的超重黑洞實在勉強~

昌德拉塞卡極限

根據三巨星循環理論，星體的體積和質量都是有極限的。