宇宙中,星体的体积存在极限吗?

【吉翔的回答(18票)】:

当然，多种星体都会存在上下限。不过由于各种问题，很少看到理论上的星体体积极限，质量倒是有，星体的身份与体积定义有时很成问题。

恒星，暂不考虑末期形成的致密天体：

理论上，恒星的质量要大于大于13倍木星质量（木星质量大概是太阳的千分之一），这样才能引发氘核聚变。质量在13倍至80倍木星之间的天体称为褐矮星（也称次恒星），更小的次褐矮星有时就不认为是恒星了。曾经的恒星演化理论认为恒星质量上限是120倍太阳质量（宇宙早期形成的第三星族星可以轻易突破这一极限），质量再大，消耗燃料更快，内部的压力甚至可以克服引力而让许多物质猛烈喷发出来，难以稳定存在。但在R136超星团内发现了好多颗质量大于这个极限的恒星，R136a1甚至达到了265倍太阳质量，据推测其刚形成时质量达到了惊人的320倍太阳质量。有理论认为这样的恒星是多个恒星合并形成的。

那体积呢？这就需要恒星边界的良好的定义了。特超巨星的平均密度算下来算下来可能比地球海平面大气密度还小，考虑到其内部密度更大，外部的密度会小于地球高层大气，相当稀薄，恒星的喷发层是否应该拉进来算半径？在技术上确定恒星半径是有困难的。下表给出了统计得到的一些大体积恒星，最大的超过1700太阳半径（大犬座VY的体积前几年被修正过，不再是最大）：http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_largest_known_stars#List

下限按照0.013太阳质量的OTS 44取，约0.2个太阳半径。

行星：

本来太阳系内行星已经够头大了，比如还有人坚持认为地球与月球是双行星，冥王星与卡戎也是等等，如果还考虑太阳系外行星的话。要对这些作出定义，需要考虑的不光是科学上的，还有文化上的因素。

太阳系内行星无非那么几个，最小的就是下限，最大的就是上限。冥王星因为不能清除轨道附近的物体而被扫出门，但它的大小也曾备受吐槽，未来就算发现更多行星，下限也不会比冥王小多少。

对太阳系外行星的定义甚至可以是不绕恒星旋转的，比如“星際行星”，下面是03年修订后的定义：

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

系外行星从0.3个地球半径（Kepler-37b）到木星的2倍以上（HAT-P-32b），这是目前统计结论：

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

而根据定义，太阳系外行星的质量和大小下限参考太阳系，所以未来发现更多系外行星时下限可以进一步到冥王星大小左右；而上限，HAT-P-32b已经和上面所提的OTS 44差不多大了，而前者不过才1个木星质量，未来完全可能刷新这一上限，即行星的半径可以大于恒星。

太阳系小天体：

列表在此，自行比对即可：

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

此处有直观图：

http://kokogiak.com/solarsystembodieslargerthan200miles.html

其中卫星半径可以大于行星（木卫三>.水星），也可以很小，200m左右（如S/2009S1）。

【李一的回答(1票)】:

楼主问得估计是星体，我们分三种讨论：行星，恒星，和恒星死亡后的残骸。

先从行星开始讨论，众所周知行星分为类地行星和类木行星这两大类（后者还包括冰巨星（类海行星）这个子分类）。类地行星向下无止境（你可以把一个石头叫做类地行星），但如果满足流体静力学那种球状个人估计一般最少也得在100km直径左右（这和目前小行星的结果相符），最大一般质量在地球的20倍左右（再大就会把氢气和氦气吸引过来，变不成类地行星了），那么直径最多也就是地球的5倍左右（由冰构成的超级地球，类似热海王星）。而类木行星直径和质量最小估计是地球的2.5倍左右（迷你海王星，再小质量不足以吸收足够的氢气氦气水蒸气等气体），最大的体积是那种蓬松行星（热土星，直径大约是木星的2.5倍左右，但质量不超过木星的1.5倍，否则会被压缩变小）。行星最大质量一般大约是木星的30倍（再大就得叫褐矮星了）。褐矮星是介于恒星和行星之间的天体，质量在木星的13~70倍之间，但直径一般不超过木星的2倍（再大就会被压缩变小）。而真正的恒星（正常还能主动产生能量的恒星，白矮星那种残骸不算），最小的一般是红矮星，木星大小的体积（太阳的千分之一体积），但有70个木星质量。正常的主序星质量最大的就是楼上所说的R136a1（一开始估计有太阳的320倍质量，以后变成超新星时估计会发生光子蜕变），直径也就是太阳的35~40倍左右，但体积最大的却是那群特超巨星。不过特超巨星在中低温段（15000K以下，大概是B7以后，也就是部分蓝特超巨星，所有的白特超巨星，黄特超巨星，红特超巨星）有限制（记不清哪本专业教材上讲过，大概在绝对星等-9.5等左右，大约是太阳的50万倍光度），这里我们放宽到100万倍太阳光度（为什么强调光度，和后面有关）。

假设有一颗世界之最级别的红特超巨星，有100万倍太阳光度。考虑到它的温度大概是太阳的一半（这里按太阳的一半计算），那么为了维持100万倍太阳光度，它的表面积必须是太阳的1600万倍左右（根据光度和温度的四次方正比关系），那么半径应该是太阳的4000倍左右。当然，由于限制条件（光度首先没有那么高，而且光度和温度也不是严格四次方正相关），实际上会小一些。而目前最大的红特超巨星半径也在太阳的2000倍左右，考虑到温度后光度也就是太阳的50万倍左右（这和上述的理论基本符合）。而4000倍太阳半径大约意味着天王星轨道的大小，实际上目前最大的特超巨星也就土星轨道半径。而温度更高的黄特超巨星，白特超巨星，蓝特超巨星体积只会更小：黄特超巨星按照以上估算（最低温度大约5000K），半径大约在太阳1300倍左右；而白特超巨星（最低温度大约7000K）则限制在太阳的700倍左右。这些都和目前的发现相符合。蓝特超巨星由于光度限制不多（虽然理论上没有上限，但一般越亮的蓝超巨星温度也比较高），就算目前发现最亮的特超巨星的光度：900万倍太阳光度（在主序星附近的R136A1可以达到870万倍，但特超巨星海山二不到600万倍，这里按最大值估算），温度如果是太阳的2.5倍，那么半径也不过太阳的500倍左右（这已经明显高估，实际上目前最大的蓝特超巨星手枪星也就太阳的300倍半径）。

而对于恒星的残骸来说，无论是白矮星还是中子星抑或恒星级别的黑洞，体积都远远小于前者。白矮星的体积和类地行星相仿，中子星半径在10~30km，而黑洞半径则按照质量（太阳质量）*3km计算，一般恒星级别黑洞半径在10~100km左右。当然，和那种质量上百万甚至几百亿倍太阳的星系级别超级黑洞相比，简直弱爆了。但超级黑洞称作天体实在勉强，它们的体积最大的估计有0.03光年左右的半径（1000亿倍太阳质量，大约有2000个天文单位）。

这就是宇宙中所有能称作天体级别的体积大小范围，当然最后的超重黑洞实在勉强~

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