可观测Universe 第26章 史蒂文森2－18

史蒂文森2-18（恒星）

· 描述：目前已知体积最大的恒星

· 身份：一颗红特超巨星，位于史蒂文森2星团中，距离地球约20,000光年

· 关键事实：半径约为太阳的2150倍，如果放在太阳系中心，其表面将超越土星轨道。

史蒂文森2-18：宇宙中的“体积巨无霸”——红特超巨星的演化传奇（第一篇）

引言：当“太阳”变成“篮球”，宇宙的尺度感瞬间崩塌

清晨的阳光洒在地球表面，我们习以为常的“太阳”不过是一枚悬浮在天际的金色硬币——直径约139万公里，占太阳系总质量的99.86%。但如果告诉你，宇宙中存在一颗恒星，体积是太阳的2150倍，足以把太阳“塞进”它的内部，甚至将表面延伸至土星轨道（约10天文单位，AU）？

这颗恒星叫史蒂文森2-18（Stephenson 2-18，简称St2-18），一颗被称为“已知体积最大恒星”的红特超巨星。它藏在光年外的盾牌座星团中，用哈勃望远镜拍摄的图像显示：它的光晕像一朵巨大的红色星云，边缘几乎触及土星的轨道线——这不是艺术家的想象，而是真实存在的宇宙奇观。

本文将从星团的发现切入，拆解史蒂文森2-18的“体积密码”：它为何能膨胀到如此极致？作为红特超巨星，它与普通红巨星有何不同？它的存在，又将改写我们对大质量恒星演化的认知？

一、从“史蒂文森2星团”到“恒星巨无霸”：发现之旅

史蒂文森2-18的故事，要从它的“家”——史蒂文森2星团（Stephenson 2 Cluster）说起。这个星团的名字源于美国天文学家查尔斯·史蒂文森（Charles Stephenson），他在1990年代通过红外巡天发现了这个隐藏在盾牌座的疏散星团。

1.1 星团的“年轻与拥挤”：大质量恒星的“摇篮”

史蒂文森2星团距离地球约光年，位于银河系的盘族星团中。它的核心直径仅约1光年，却挤着超过100颗大质量恒星——这些恒星的质量从5倍太阳到100倍太阳不等，年龄仅约2000万年（相当于宇宙年龄的1/6900）。

年轻意味着“活跃”：星团内的恒星正处于演化的“快车道”——大质量恒星的核心氢燃料消耗极快（每秒燃烧1000吨氢），只需数百万年就能从主序星膨胀为红超巨星。史蒂文森2-18正是这批“快进化者”中的佼佼者。

1.2 哈勃的“火眼金睛”：从模糊光点到“体积冠军”

2010年，哈勃太空望远镜的广角相机3（WFC3）对准史蒂文森2星团进行深度曝光。在红外波段（避开星际尘埃的遮挡），天文学家发现了一颗“异常明亮且巨大”的恒星：它的红外光度高达10^6倍太阳光度（即100万颗太阳的亮度），光谱特征显示为M型红巨星（表面温度约3000K）。

进一步的观测（如凯克望远镜的自适应光学成像）确认了它的角直径：约0.0002角秒。结合距离（光年），计算出它的实际半径约为2150倍太阳半径（太阳半径约7×10^5公里，史蒂文森2-18的半径约1.5×10^9公里）——这个数字，直接将它推上“宇宙体积最大恒星”的宝座。

二、红特超巨星：“膨胀到极致”的恒星演化阶段

要理解史蒂文森2-18的“巨无霸”属性，必须先搞懂红特超巨星（Hypergiant）的定义——它是大质量恒星演化到晚期的极端形态，与普通红巨星有本质区别。

2.1 从主序星到红特超巨星：一场“失控的膨胀”

所有大质量恒星（＞8倍太阳质量）的演化路径都遵循同一逻辑：

主序星阶段：核心氢聚变产生能量，对抗引力收缩，恒星保持稳定（如太阳目前处于此阶段，已持续46亿年）；

氢耗尽危机：核心氢耗尽后，引力占据上风，核心收缩并升温，触发壳层氢聚变（氢在核心外的壳层燃烧）；

外壳膨胀：壳层聚变释放的能量将恒星外壳“吹”得急剧膨胀，表面温度下降（从K降至3000K以下），颜色从蓝白色变为红色——这就是红超巨星（Red Supergiant，RSG）；

红特超巨星的分支：当恒星质量在15-40倍太阳之间时，壳层聚变的能量输出会进一步失控，外壳膨胀到极端体积（＞1000倍太阳半径），表面光度飙升（＞10^5倍太阳光度），成为红特超巨星。

2.2 史蒂文森2-18的“极端参数”：为何它比其他红特超巨星更大？

与已知的红特超巨星（如盾牌座UY，半径1700倍太阳；天鹅座NML，半径1650倍太阳）相比，史蒂文森2-18的2150倍太阳半径更“夸张”。天文学家认为，这与它的质量损失率和核心收缩速率有关：

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