10 Podivné teoretické hvězdy

Lidé byli od rané historie fascinováni hvězdami. S moderní vědou víme hodně o hvězdách, včetně jejich různých typů a struktur. Znalosti o tomto tématu se stále vyvíjejí a astrofyzikové navrhli řadu teoretických hvězd, které mohou existovat v našem vesmíru. Vedle teoretických hvězd jsou hvězdné objekty, astronomické struktury, které vypadají a chovají se jako hvězdy, ale nemají standardní vlastnosti, které připisujeme hvězdám, především chemické struktuře a zdroji energie z jaderné syntézy. Objekty na tomto seznamu jsou na špici fyzického výzkumu a nebyly přímo pozorovány ... dosud.

10 Quark Star

Hvězda na konci svého života se může zhroutit do černé díry, bílého trpaslíka nebo neutronové hvězdy. Pokud je hvězda dostatečně hustá, než vybuchne do supernovy, hvězdný zbytek vytvoří neutronovou hvězdu. Když k tomu dojde, hvězda se stává extrémně horkou a hustou. S tolika hmotami a energií se hvězda pokouší zhroucit se sama a vytvořit singularitu, ale fermionické částice v centru (v tomto případě neutrony) se řídí principem vyloučení Pauli. To znamená, že neutrony nemohou být stlačeny do stejného kvantového stavu, takže se tlačí zpět proti zhroucení a dosáhnou rovnováhy.

Desítky let astronomové předpokládali, že neutronová hvězda zůstane v rovnováze. Ale jak se kvantová teorie stala více rozvinutá, astrofyziké navrhli nový typ hvězdy, který by nastával, kdyby selhal degenerativní tlak neutronového jádra. Toto se nazývá quark hvězda. Jak se zvyšuje tlak hvězdné hmoty, neutrony se rozdělí na své kvarky tvořící nahoru a dolů, které by pod intenzivním tlakem a energií mohly existovat volně, místo aby se spojily, aby vznikly hadrony, jako jsou protony a neutrony. Zmíněná "podivná záležitost", tato polévka kvarků by byla neuvěřitelně hustá, spíše než normální neutronová hvězda.

Astrofyziky stále diskutují o tom, jak přesně budou tyto hvězdy tvořit. Některé teorie uvádějí, že se vyskytují, když se hromada zhroucující se hvězdy nachází mezi potřebnou hmotou, která tvoří černou díru nebo neutronovou hvězdu. Jiní vědci mají teoretizaci exotických mechanismů. Vedoucí teorie spočívá v tom, že kvarkové hvězdy se tvoří, když husté pakety předem existující podivné hmoty zabalené do slabě interaktivních masivních částic (nebo WIMP) se srazí s neutronovou hvězdou, zasadí jádro s podivnou hmotou a začnou transformaci. Pokud k tomu dojde, neutronová hvězda by udržovala "kůru" materiálu neutronových hvězd, čímž bude vypadat jako neutronová hvězda a bude mít podivné jádro hmoty. Ačkoli nebyly nalezeny žádné kvarkové hvězdy, mnohé neutronové hvězdy, které byly pozorovány, mohou být tajně kvarkovými hvězdami.

9 Elektrická hvězda

Zatímco kvarková hvězda se zdá být poslední etapou života hvězdy předtím, než zemře a stává se černou dírou, fyzici nedávno navrhli ještě další teoretickou hvězdu, která by mohla existovat mezi kvarkovou hvězdou a černou dírou. Tento teoretický typ nazvaný elektroaktivní hvězda by byl schopen udržet rovnováhu kvůli komplexním interakcím mezi slabou jadernou silou a elektromagnetickou silou, kolektivně známou jako elektrická síla.

V elektrárně hvězdy tlak a energie z hvězdy hvězdy by tlačily dolů na jádro hvězdy kvarkové hvězdy podivné záležitosti. Jak se energie zintenzivňuje, elektromagnetické a slabé jaderné síly se mísí a mezi těmito dvěma silami nezůstává žádný rozdíl. S touto úrovní energie se kvarky v jádru rozpustí do leptonů, jako jsou elektrony a neutriny. Většina podivných věcí by se změnila na neutriny a uvolněná energie by poskytla dostatek síly k zastavení hvězdného kolapsu.

Vědci se zajímají o nalezení hvězdy elektrolytické, protože charakteristické vlastnosti jádra nebudou na rozdíl od prvního vesmíru po miliardovém sekundě po velkém třesku. V tom okamžiku naší historie vesmíru nebyl rozdíl mezi slabou nukleární silou a elektromagnetickou silou. Ukázalo se, že je obtížné formulovat teorie o tom času, takže nalezení elektrošokové hvězdy by dalo obrovskou podporu kosmologickému výzkumu.

Elektrická hvězda by byla také jedním z nejhustších objektů ve vesmíru. Jádro hvězdy s elektrodou by mělo mít velikost jablka, ale obsahovat maso dvou Země, čímž je hustší než jakákoli dříve pozorovaná hvězda.

8 Thorne-Zytkow objekt

V roce 1977 publikovali Kip Thorne a Anna Zytkow článek podrobně popisující nový typ hvězdy nazvaný Thorne-Zytkowův objekt (TZO). TZO je hybridní hvězda tvořená kolizí mezi červenou supergiant a malou, hustou neutronovou hvězdou. Vzhledem k tomu, že červená supergiant je extrémně velká hvězda, neutronová hvězda bude trvat stovky let, než naruší její vnitřní atmosféru. Jak se nadále vrhá do hvězdy, orbitální centrum (nazývané "barycenter") dvou hvězd se bude pohybovat směrem k středu supergiantu. Nakonec se dvě hvězdy spojí, což způsobí velkou supernovu a nakonec černou díru.

Při pozorování by TZO zpočátku vypadal jako typický červený supergiant. Nicméně, TZO by měl různé neobvyklé vlastnosti pro červenou supergiant. Nejen, že se jeho chemické složení bude mírně lišit, ale hvězdná neutronová hvězda by způsobila výbuchy radioaktivních vln zevnitř. Hledání TZO je extrémně obtížné, neboť se málo odlišuje od normální červené supergianty. Také by se TZO pravděpodobně netvořila v našem galaktickém okolí, ale spíše blíže ke středu Mléčné dráhy, kde jsou hvězdy těsněji zabalené.

Přesto to nezastavilo astronomové z hledání kanibalové hvězdy a v roce 2014 bylo oznámeno, že supergiant HV 2112 byl možný TZO.Výzkumníci zjistili, že HV 2112 má neobvykle vysoké množství kovových prvků pro červenou supergiantu. Chemický vzorec HV 2112 odpovídá tomu, co Thorne a Zytkow teoretizovali v sedmdesátých letech, takže astronomové považují za silného kandidáta na první pozorované TZO. Je zapotřebí více výzkumu, ale je vzrušující myslet si, že lidstvo může najít svou první kanibalskou hvězdu.

7 Zmrazená hvězda

Standardní hvězda spaluje vodíkové palivo, aby vytvořila hélium a podporuje se vnějším tlakem tohoto procesu. Vodík však nemůže trvat věčně a nakonec musí hvězda spálit těžší prvky. Bohužel, energie uvolněná z těchto těžších prvků není tak velká jako vodík a hvězda začne vychladnout. Když hvězda nakonec přejde supernova, to semena vesmíru kovovými prvky, které hrají roli při vytváření nových hvězd a planet. Jak vesmír jde vpřed v čase, více a více hvězd exploduje. Astrofyzikové ukázali, že vesmír stárne, celkový obsah kovu se zvýší.

V minulosti měly hvězdy v nich téměř žádný kov, ale v budoucnu budou mít hvězdy výrazně vyšší obsah kovu. Jak vesmír stárne, vytvoří se nové a neobvyklé typy kovových hvězd, včetně hypotetické zmrzlé hvězdy. Tento typ hvězdy byl navržen v 90. letech. S hojností kovu ve vesmíru by nově vytvářená hvězda potřebovala mnohem nižší teplotu, aby se stala hvězdou hlavní sekvence. Nejmenší hvězdy s 0,04 hvězdnými hmotami (o hmotnosti Jupitera) by se mohly stát hlavní sekvencí udržováním jaderné fúze při pouhých 0 ° C. Byly zmrzlé a obklopené mraky zmrazeného ledu. V daleké budoucnosti budou tyto zmrzlé hvězdy nahradit většinu pravidelných hvězd ve studeném a smutném vesmíru.

6 Magnetosférický věčně sbalený objekt

https://www.youtube.com/watch?v=_X-XNCjBJp8
Nemělo by být překvapením, že existuje mnoho zmatených vlastností a paradoxů, které zahrnují černé díry. Aby se vypořádali s problémy souvisejícími s matematikou černé díry, teoretici navrhli paletu objektů podobných hvězdám. V roce 2003 vědci navrhli, že černé díry nejsou ve skutečnosti singularity, jak se obecně myslí, ale jsou exotickými typy hvězd, které se nazývají magnetosférický věčně skolabující objekt (MECO). Model MECO se pokouší vypořádat se s teoretickým problémem, že se zdá, že záležitost zhroucení černé díry je rychlejší než rychlost světla.

MECO se tvoří stejně jako normální černá díra. Hmota je překonána gravitací a začíná se sbalit. Nicméně v MECO, záření vytvořené srážkami subatomických částic vytváří vnější tlak, který není nulový než tlak způsobený fúzí v jádře hvězdy. To umožňuje MECO zůstat relativně stabilní. Nikdy nevytváří horizont událostí a nikdy se zcela neztrácí. Černé díry se nakonec zhroutily na sebe a vypařily se, ale MECO by trvalo nekonečné množství času, aby se zhroutil. Tak vstoupí do stavu věčného kolapsu.

Teorie MECO řeší řadu problémů černých děr, včetně informací. Vzhledem k tomu, že MECO se nikdy nerozkládá, nemá problémy s ničením informací jako černá díra. Nicméně vzrušující teorie MECO mohou být, byly ve fyzikální komunitě s velkým skepticismem. Quasars jsou obecně považovány za černé díry obklopené světelným akrečním diskem, takže astronomové se pokoušeli najít kvazar s přesnými magnetickými vlastnostmi MECO. Žádný nebyl přesvědčivě nalezen, ale nové dalekohledy, které hledají černé díry, by měly více odhalit teorii. Prozatím je MECO zajímavým řešením problémů s černými otvory, ale není vůdčím kandidátem.

5 Populace III Star

Už jsme hovořili o zmrzlých hvězdách, které existují na konci vesmíru, když se všechno stalo příliš kovovým pro vytváření horkých hvězd. Ale co hvězdy na druhém konci spektra? Tyto hvězdy, složené z prvotního plynu, který zbyl z velkého třesku, se nazývají hvězdy Populace III. Program hvězdné populace byl navržen Waltem Baadem ve čtyřicátých létech a popisoval obsah kovu hvězdy. Čím vyšší je počet obyvatel, tím vyšší je obsah kovu. Nejdéle existovaly pouze dvě populace hvězd (logicky nazvané Populace I a Populace II), ale moderní astrofyzikové začali vážně zkoumat hvězdy, které musely existovat hned po velkém třesku.

Tyto hvězdy neměly v sobě žádné těžší prvky. Byly složeny výhradně z vodíku a hélia, s možnými stopami množství lithia. Populace III hvězdy byly absurdně jasné a obrovské, větší než většina současných hvězd. Jejich jádro by nejen splynovalo normální prvky, ale mělo by být také napájeno reakcemi zničení temné hmoty. Byly také mimořádně krátkodobé, trvající jen dva milióny let. Nakonec tato hvězda vypálila veškeré své vodíkové a heliové palivo, začala spalovat své palivo do těžších kovových prvků a explodovala a rozptylovala jejich těžší prvky po celém vesmíru. Žádný přežil první vesmír.

Pokud nikdo nepřežil, proč se o ně vůbec staráme? Astronomové se velmi zajímají o hvězdy Populace III, protože nám umožní lépe porozumět tomu, co se stalo ve velkém třesku a jak se časný vesmír vyvinul. V tomto pokusu je rychlost světla přítelem astronoma. Vzhledem k konstantní hodnotě rychlosti světla, pokud astronomové najdou extrémně vzdálené hvězdy, skutečně se dívají zpět v čase. Tým astronomů z Ústavu astrofyziky a vesmírných věd se pokouší podívat se na galaxie, které se nacházejí daleko od Země, než kdy předtím.Světlo z těchto galaxií by bylo od pouhých několika miliónů let po velkém třesku a mohlo by obsahovat světlo z hvězd Populace III. Studium těchto hvězd umožní astronomům podívat se zpět v čase. Kromě toho studium hvězd populace III nám také ukazuje, odkud jsme přišli. Tyto rané hvězdy jsou ty, které nasadily vesmír životními prvky nezbytnými pro lidskou existenci.

4 kvazi-hvězda

Nesmíme být zmateni kvasarem (objekt, který vypadá jako hvězda, ale ve skutečnosti není), kvazi-hvězda je teoretický typ hvězdy, který mohl existovat jen v časném vesmíru. Stejně jako výše zmíněný TZO, kvazi-hvězda by byla kanibalová hvězda, ale namísto toho, aby měla další hvězdu uprostřed, měla černou díru. Kvázi hvězdy by se vytvořily z masivních hvězd populace III. Když se normální hvězdy zhroutily, jdou do supernovy a nechávají černé díry. V kvazi-hvězdě by hustá vnější vrstva jaderného materiálu absorbovala výbuch energie z kolapsu jádra a zůstala na místě, aniž by šla supernova. Vnější plášť hvězdy zůstane neporušený, zatímco uvnitř se vytvoří černá díra.

Stejně jako moderní hvězda založená na hvězdárně by kvazi-hvězda dosáhla rovnováhy, i když by to bylo udržováno více než energií fúze. Energie vyzařovaná jádrem černé díry by poskytla vnější tlak, aby odolal gravitačnímu kolapsu. Kvazi-hvězda by byla napájena hmotou, která padá do vnitřní černé díry a uvolňuje energii. Kvůli masivnímu uvolnění energie by byla kvázi hvězda extrémně jasná a zhruba 7 000krát větší než Slunce.

Nakonec však kvázi hvězda po zhruba milionu letech ztratila vnější plášť a zanechala jen masivní černou díru. Astrofyziké předpokládají, že staré kvazištepy byly zdrojem supermasivních černých děr v centrech většiny galaxií, včetně našeho. Mléčná dráha mohla začít jako jedna z těchto exotických a neobvyklých starodávných hvězd.

3 Preon Star

Filosofové ve vězení se dohadovali o co nejmenším rozdělení hmoty. S pozorováním protonů, neutronů a elektronů vědci mysleli, že našli základní strukturu vesmíru. Nicméně, jak věda procházela dopředu, objevily se menší a menší částice, které znovu objasnily naše pojetí našeho vesmíru. Hypoteticky to mohlo pokračovat navždy, ale někteří teoretici navrhli preon jako nejmenší kus přírody. Preon je bodová částice, která nemá prostorový rozměr. Fyzici často popisují částice jako elektron jako bodové částice, ale to je jen vhodný model. Elektrony skutečně mají rozměr. Teoreticky, preon ne. Byly by to nejzákladnější subatomové částice.

Přestože výzkum v preonu není v současné době v módě, to nezastavilo vědce z diskuse o tom, jak by vypadala hvězda z preonů. Preonové hvězdy by byly extrémně drobné, v rozmezí někde mezi hráškem a fotbalem. Balená v té drobné oblasti by byla hmotou Měsíce. Preonové hvězdy budou světlo podle astronomických norem, ale mnohem hustší než neutronové hvězdy, nejhustší pozorovaný objekt.

Tyto malé hvězdy by byly extrémně těžké vidět a byly by viditelné jen při pozorování gravitačního čočky a záření gama záření. Kvůli své nezjistitelné povaze navrhli někteří teoretici přední hvězdy jako kandidáty na temnou hmotu. Vědci z urychlovačů částic se však zaměřují na výzkum částic Higgsových bosonů namísto toho, aby hledali předky, takže bude dlouho předtím, než bude existence preonu prokázána nebo vyvrácena, a ještě déle než najdeme hvězdu z nich.

2 Plancková hvězda

Jedna z nejzajímavějších otázek o černých dírách je to, co mají na vnitřní straně. Na tomto tématu byly publikovány nesčetné filmy, knihy a články, od fantastických až po vysoce vědecké. Ve fyzické komunitě neexistuje konsensus. Často je střed černé díry popsán jako singularita s nekonečnou hustotou a bez prostorového rozměru, ale co vlastně znamená? Moderní teoretici se snaží překonat tento nejasný popis a skutečně zjistit, co se děje v černé díře. Ze všech teorií je jedním z nejzajímavějších skutečností, že střed černé díry obsahuje hvězdu zvanou Planckova hvězda.

Motivací návrhu hvězdy Planck je vyřešit paradox informací o černé díře. Pokud je černá díra považována za bodovou singularitu, pak má nešťastný vedlejší účinek informací, které jsou zničeny při vstupu do černé díry a porušují zákony o ochraně. Nicméně, mít hvězdu ve středu černé díry řeší tento problém a pomáhá řešit problémy na horizontu události černé díry.

Jak můžete hádat, Planckova hvězda je divné zvíře, i když je podporováno běžnou jadernou fúzí. Jeho jméno pochází z toho, že by hvězda měla hustotu energie blízko hustoty Planck. Hustota energie je měřítkem energie obsažené v prostoru vesmíru a hustota Planck je obrovské číslo: 5,15 x 10 kilogramů na metr krychlový. To je spousta energie. Teoreticky je to, kolik energie byla obsažena ve vesmíru hned po velkém třesku. Bohužel bychom nikdy nebyli schopni vidět Planckovu hvězdu, pokud by byla umístěna uvnitř černé díry, ale představuje zajímavý nápad řešit různé astronomické paradoxy.

1 Fuzzball

Fyzici rádi přicházejí se zábavnými jmény pro složité myšlenky. "Fuzzball" je nejroztomilejší jméno, které kdy bylo uděleno regionu smrtonosného prostoru, který by vás mohl okamžitě zabít. Fuzzballová teorie pochází z pokusu o popsat černou díru pomocí myšlenek teorie strun.Jako taková, fuzzball není pravdivá hvězda v tom smyslu, že to není miasma žhavé plazmy podporované termonukleární fúzí. Spíše je to oblast zapletených energetických řetězců podporovaných vlastní vnitřní energií.

Jak je uvedeno výše, klíčový problém s černými dírami je zjištění, co je uvnitř. Tento hluboký problém je jak pozorovací, tak i teoretické tajemství. Standardní teorie černé díry vedou k různým rozporům. Stephen Hawking ukázal, že černé díry se odpařují, což znamená, že veškeré informace v nich jsou navždy ztraceny. Modely černé díry ukazují, že její povrch je vysoce energetická "firewall", která odpařuje příchozí částice. A co je nejdůležitější, teorie kvantové mechaniky nefungují při aplikaci na jedinečnost černé díry.

Fuzzballs řeší tyto obavy. Chcete-li pochopit, co je fuzzball, představte si, že jsme žili ve dvourozměrném světě jako kus papíru. Pokud by někdo dal na papír válec, vnímali jej jako dvourozměrný kruh, i když objekt skutečně existuje ve třech rozměrech. Dokážeme si představit, že v našem vesmíru existují vyšší dimenzionální struktury; v teorii strun, tyto se nazývají brany. Kdyby existovala vyšší rozměrná branka, vnímali bychom ji pouze čtyřmi rozměrnými smysly a matematikou. Řetězci teoretici navrhli, že to, čemu říkáme černá díra, je ve skutečnosti jen naše nižší dimenzionální vnímání vyšší dimenzionální struktury řetězců, která se prolíná s naším čtyřrozměrným časoprostorem. Takže černá díra není ve skutečnosti zvláštností; je to jen křižovatka našeho vesmírného času s vyššími rozměrnými řetězci. Tato křižovatka je fuzzball.

To se může zdát esoterické a je stále horko diskutováno. Nicméně, pokud jsou černé díry skutečně fuzzballs, řeší mnoho paradoxů. Má také mírně odlišné vlastnosti než černé díry. Namísto jednorozměrné singularity má fuzzball určitý objem. Ale i když má určitý objem, nemá přesný horizont událostí, takže hrany jsou "fuzzy". To také umožňuje fyzikům popsat černou díru pomocí kvantových mechanických principů. Plus, "fuzzball" je opravdu zábavné jméno, které máme v našem vědeckém jazyce.