在宇宙刚形成的时候,宇宙并没有后来这么多的元素,实际上只有两种主要的元素——氢和氦,还有极少量可以忽略不计的锂元素。而且宇宙初期的温度太高,这些元素像一团混沌体在宇宙中四处飘散,一直到宇宙诞生大约1亿年后,原始气体在暗物质晕的引力作用下坍缩,通过分子氢(H₂)和氢化氘(HD)的冷却机制触发恒星形成。

这最初形成的恒星就属于第三星族星,它们内部的金属元素含量几乎为0(除了氢氦之外的元素可以统称为金属元素)。但是这些恒星也是第一次做恒星,它们远没有现在的恒星这边有很多限制,比如那个时候的恒星大小上限其实是远远超过现在的。
现在宇宙中质量最大的恒星BAT99-98也不过才226个太阳质量,但是在宇宙最初形成的那批恒星中,却存在着质量1000倍甚至10000倍以上的恒星,它们的形态和结构与现在你所熟知的恒星完全不一样,这类像恒星的恒星有一个专有名词叫做——类恒星(Quasi-star)。

类恒星拥有巨大的质量,根据一些科学家的研究,最大的类恒星质量可以达到太阳的100万倍以上,而且它们还拥有巨大的尺寸,最大的类恒星半径可以达到100亿公里(67个天文单位),什么概念呢,将整个太阳系放进去,类恒星的表面远在柯伊伯带上。而且即便如此,这些类恒星的表面温度也会高达10000K,跟我们现在恒星那种半径越大,表面温度越低完全不一样。
因为类恒星拥有巨大的半径,所以它的发光表面面积也极其巨大,在这样的表面温度下,使得每个类恒星的亮度大约相当于一个小星系。

看到这里,你是不是会产生一种疑问,这么巨大的天体还是恒星吗?它的能源来源是什么呢?
其实到这里,才涉及到类恒星最为独特的一面,我们现在知道,一些大质量的星云能够在引力的作用下直接坍缩成黑洞,实际上类恒星内部也可以看做是大质量的星云物质,所以根据科学家的推测,类恒星内部往往存在一个中等质量的黑洞。
当类恒星内部黑洞形成的时候,意味着黑洞能够从恒星物质的坠落中产生大量的辐射能,一般性的思维是,这些黑洞产生的能量将会摧毁整个类恒星,但是我们考虑到类恒星巨大的尺寸和质量,即便内部已经形成了黑洞,这些类恒星外壳的物质质量依然是极其巨大的,它们会在引力的作用下继续坠向核心处的黑洞。

而黑洞吸积释放的辐射压与外层气体的引力正好可以达成某种平衡,维持类恒星的流体静力平衡。这种平衡依赖于对流主导的吸积流与绝热包层的耦合:内层吸积流通过对流高效传输能量,外层绝热包层则通过辐射扩散释放能量。
最终如果当时在外界有一个观察者的话,会发现,这个类恒星依然保持着恒星的外观,能够发光发热,但是其实它的内部有一颗黑洞正在不断地吸积周围的类恒星物质,而类恒星的光热来源就是黑洞吸积中发出的能量。
类恒星的这种脆弱的平衡状态能够维持700~1000万年的时间,在这个期间,黑洞不断的吸收着恒星外壳物质,从而增加自己的质量,最终成长为质量有几千上万个太阳质量的中型黑洞,此时类恒星中60%的物质质量都集中到了黑洞身上,还有38%的物质处于吸积盘中,外层只保留了2%的物质组成一个浓密的大气层包裹着这个黑洞,在最后的阶段,类恒星持续膨胀,表面温度逐渐降低,形成类似红超巨星的结构。

而当类恒星的表面温度降至4000K以下时,外层气体透明度骤增,辐射压无法维持平衡,类恒星迅速瓦解。残留的黑洞质量可以达到数万到数十万倍太阳质量,成为超大质量黑洞的种子。部分模型预测,类恒星解体时可能通过超新星爆发释放重元素,但这种机制尚未被完全证实。
通过上面的介绍,我们可以发现,类恒星的最终产物是大质量黑洞,科学家推测,这些早期的大质量黑洞将会通过发育成为各个星系的核心——超大质量黑洞,质量从10万倍太阳不断攀升到几百万几千万甚至几百亿倍太阳质量。
说到这里,我们就不得不说到类星体了,可能有人容易将类恒星和类星体搞混淆了,其实简单来说,它们的关系是:类恒星→大质量黑洞→类星体→超大质量黑洞→星系核心,它们的发展脉络应该是这样的,类恒星会形成超大质量黑洞的种子,这些大质量黑洞会成为周围物质的引力中心,从而在周围汇聚越来越多的物质,它也会继续吸收周围的物质甚至是其他黑洞,从而在自己周围形成巨大的吸积盘,形成明亮的类星体,类星体不断的增加自身的体重,并形成超大质量黑洞,当类星体不再大规模的吸积物质的时候,它就变成了星系的核心。
当然,上述内容都是推测,类恒星到目前为止还只是一个假想中的天体,尽管尚未被直接观测到,其理论框架已得到广泛支持。
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