宇宙中的行星已知最大的质量有多大,行星的质量过大会不会塌缩成黑洞?
好吧,评论区有人说我跑题,那么我在前面加一段,正面回答一下问题。 根据现有理论,一个星球的质量大于木星质量的 13 倍左右时,其内部会启动氘的聚变,成为一颗褐矮星,又叫棕矮星,这是一种准恒星;而当质量大于木星质量的 80 倍左右时,将启动普通的氢(氕)聚变,成为一颗标准的恒星——红矮星。 因此,宇宙中的行星最大质量为木星质量的 13 倍左右。 至于题主问的,行星质量过大会不会坍缩成黑洞?答案是不会,因为 13 倍木星质量的天体是不会变成黑洞的,继续增加质量,它就变成恒星而不再是行星了。 ==========以下是原回答========== 这个问题, @刘博洋 已经给出了标准答案。 不过,我在其回答的评论区发现,题主似乎并没有完全理解,还在孜孜不倦地继续追问:“可是恒星的主要成分是氢,如果一个超级行星的成分不是氢呢,怎么塌缩成恒星?” 基于科普精神(评论区有个人才,说这是抖音精神。嗯,抖字和科字确实很像,音字和普字也很像。),我觉得这个问题需要详细解释一下。 【【【 我们暂且忽略组成地球岩石的重要成分诸如氧、硅、镁、铝、钠、钾、钙这些元素在适当条件下也能发生聚变这一事实,就当它们不聚变好了。】】】 即使组成岩石的元素不能聚变,一个太大的天体,也必然变成一个会进行核聚变的恒星。 因为 —— 一个质量巨大的星球必然是由氢和氦为主要成分的,题主假设的一个质量与恒星相当、却不含氢的星球,在整个(已知的)宇宙中都不可能存在(这里不讨论恒星的尸体——白矮星、中子星和黑洞等等)。 @伊卡鲁斯二号 的回答说:“宇宙中的重元素太少了,不可能出现巨行星那么大的类地行星,更不可能出现质量超过钱德拉塞卡极限的类地行星。”其实这个说法是有问题的,虽然重元素确实很少,但那仅仅是相对于氢和氦而言。宇宙那么大,重元素的总量还是足够的,也没有任何物理定律禁止相当于一个恒星总质量那么多的重元素聚集在一个星球上。 事实上,那些超大质量恒星的内部,其所含的重元素的质量可能就比太阳的总质量还高,例如大麦哲伦云中的超级恒星 R136a1,如果它的金属量与太阳相当的话,那么它就会含有相当于 2.5~3 倍太阳总质量的重元素。 问题的要害不是重元素总量太少,而是比例太低。 宇宙元素丰度 我们知道,无论恒星还是行星,都是在星云中形成的,它们的原料都来自星云。而星云,就是由上图这种比例的元素构成的,具体的星云成分会有所不同,但总体来说差距非常小:氢大约占 73%多一点,氦含量大约 25%,其余加起来不到 2%。 星球形成的时候,一开始是重元素凝聚成核,然后在引力作用下吸积更多的重元素;当质量逐渐增大因而引力也增大后,就会吸积一些略轻的元素;进而,随着质量越来越大,就必然会吸积更轻的元素。 像地球这么小的行星,引力还太小,无法吸积最轻的氢和氦(行星的吸积能力还与温度有关,如果地球离太阳很远,温度足够低,也是可以吸积氢和氦的。感谢 @你是我梦 的提醒。),所以地球上几乎没有氦,少量的氢则都是以水、氨、甲烷等氢化合物的形式来到地球的,地球无法直接吸积氢气。 而当星球大到天王星、海王星这种体量的时候,它们就会吸积一些氢气和氦气了。天王星和海王星的总质量中,有大约 20%是氢气和氦气(水、氨、甲烷中的氢元素未纳入计算)。 至于木星、土星这么大的星球,它们吸积的氢氦比例就与原始太阳星云的比例相近了,氢氦占比超过 90%。 如果有更大的行星,氢氦比例会更高,如果质量达到太阳质量,氢氦的占比就会超过 98%。 因此,由于星球诞生地——星云中有太多的氢和氦原料,一个星球只要足够大,它必定会吸积大量的氢和氦,你不断地往星球的原始核心里添加重元素不但不能提高重元素的比例,反而会导致它们吸积更多的氢氦,最终总是得到一个氢大约占 73%、氦大约占 25%的巨大星球,当它大到足以启动核聚变的时候,它就成为了一颗恒星。 查看知乎讨论
好吧,评论区有人说我跑题,那么我在前面加一段,正面回答一下问题。
根据现有理论,一个星球的质量大于木星质量的 13 倍左右时,其内部会启动氘的聚变,成为一颗褐矮星,又叫棕矮星,这是一种准恒星;而当质量大于木星质量的 80 倍左右时,将启动普通的氢(氕)聚变,成为一颗标准的恒星——红矮星。
因此,宇宙中的行星最大质量为木星质量的 13 倍左右。
至于题主问的,行星质量过大会不会坍缩成黑洞?答案是不会,因为 13 倍木星质量的天体是不会变成黑洞的,继续增加质量,它就变成恒星而不再是行星了。
==========以下是原回答==========
这个问题, @刘博洋 已经给出了标准答案。
不过,我在其回答的评论区发现,题主似乎并没有完全理解,还在孜孜不倦地继续追问:“可是恒星的主要成分是氢,如果一个超级行星的成分不是氢呢,怎么塌缩成恒星?”
基于科普精神(评论区有个人才,说这是抖音精神。嗯,抖字和科字确实很像,音字和普字也很像。),我觉得这个问题需要详细解释一下。
【【【 我们暂且忽略组成地球岩石的重要成分诸如氧、硅、镁、铝、钠、钾、钙这些元素在适当条件下也能发生聚变这一事实,就当它们不聚变好了。】】】
即使组成岩石的元素不能聚变,一个太大的天体,也必然变成一个会进行核聚变的恒星。
因为 —— 一个质量巨大的星球必然是由氢和氦为主要成分的,题主假设的一个质量与恒星相当、却不含氢的星球,在整个(已知的)宇宙中都不可能存在(这里不讨论恒星的尸体——白矮星、中子星和黑洞等等)。
@伊卡鲁斯二号 的回答说:“宇宙中的重元素太少了,不可能出现巨行星那么大的类地行星,更不可能出现质量超过钱德拉塞卡极限的类地行星。”其实这个说法是有问题的,虽然重元素确实很少,但那仅仅是相对于氢和氦而言。宇宙那么大,重元素的总量还是足够的,也没有任何物理定律禁止相当于一个恒星总质量那么多的重元素聚集在一个星球上。
事实上,那些超大质量恒星的内部,其所含的重元素的质量可能就比太阳的总质量还高,例如大麦哲伦云中的超级恒星 R136a1,如果它的金属量与太阳相当的话,那么它就会含有相当于 2.5~3 倍太阳总质量的重元素。
问题的要害不是重元素总量太少,而是比例太低。
我们知道,无论恒星还是行星,都是在星云中形成的,它们的原料都来自星云。而星云,就是由上图这种比例的元素构成的,具体的星云成分会有所不同,但总体来说差距非常小:氢大约占 73%多一点,氦含量大约 25%,其余加起来不到 2%。
星球形成的时候,一开始是重元素凝聚成核,然后在引力作用下吸积更多的重元素;当质量逐渐增大因而引力也增大后,就会吸积一些略轻的元素;进而,随着质量越来越大,就必然会吸积更轻的元素。
像地球这么小的行星,引力还太小,无法吸积最轻的氢和氦(行星的吸积能力还与温度有关,如果地球离太阳很远,温度足够低,也是可以吸积氢和氦的。感谢 @你是我梦 的提醒。),所以地球上几乎没有氦,少量的氢则都是以水、氨、甲烷等氢化合物的形式来到地球的,地球无法直接吸积氢气。
而当星球大到天王星、海王星这种体量的时候,它们就会吸积一些氢气和氦气了。天王星和海王星的总质量中,有大约 20%是氢气和氦气(水、氨、甲烷中的氢元素未纳入计算)。
至于木星、土星这么大的星球,它们吸积的氢氦比例就与原始太阳星云的比例相近了,氢氦占比超过 90%。
如果有更大的行星,氢氦比例会更高,如果质量达到太阳质量,氢氦的占比就会超过 98%。
因此,由于星球诞生地——星云中有太多的氢和氦原料,一个星球只要足够大,它必定会吸积大量的氢和氦,你不断地往星球的原始核心里添加重元素不但不能提高重元素的比例,反而会导致它们吸积更多的氢氦,最终总是得到一个氢大约占 73%、氦大约占 25%的巨大星球,当它大到足以启动核聚变的时候,它就成为了一颗恒星。