先说理论上质量最大的恒星。恒星是从星云中发生引力坍缩而形成。由于它们拥有足够的质量，所以内部达到了核聚变反应所需的温度和压力。通过核聚变反应，恒星发出了光和热。虽然恒星吸积越多的星云，它的质量会变得越大，但质量不能无限增加。随着恒星质量的增加，将会导致核聚变反应变得更加剧烈，使得向外的辐射压和光度变得越来越高。当恒星的光度超过爱丁顿光度时，强大的辐射压就会阻止恒星吸积物质，所以恒星的质量是有限的。对于一颗恒星，它自身强大的重力会试图把物质往里坍缩，但内部核聚变产生的向外辐射压又会阻止引力坍缩，这两股力量保持平衡。目前，对于恒星质量上限的估计并不统一，一般在太阳质量的几百倍，最高可能有1000倍，质量为太阳315倍的R136a1是已观测到的质量最大的恒星。
虽然恒星的质量越大，半径也会越大，但质量最大的恒星并非用于最大的半径。这是因为大质量恒星在结束氢核聚变，开始氦核聚变之后，它们会膨胀为尺寸极其巨大的红特超巨星。不过，恒星的尺寸也不能无限膨胀，因为尺寸太大，恒星的引力将无法束缚住最外层的物质。据估计，恒星的半径上限为太阳的2500倍，即体积上限是太阳的156亿倍，半径为太阳1708倍的盾牌座UY是已观测到的半径最大的恒星。
此外，理论上，早期宇宙中可能还存在着一种十分特殊的恒星——类星，它们的内部坍缩为黑洞，而外层则是普通的物质。类星的能量来源不是核聚变反应，而是外层物质被中心黑洞吞噬所产生的能量。
据估计，类星的质量至少为太阳的1000倍，最高可能为太阳的1万倍。类星的半径可达太阳的7000倍，体积则是太阳的3400亿倍。类星的寿命很短，只有几百万年，它们将会演变为中等质量黑洞。
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