10 merkelige teoretiske stjerner

Mennesker har blitt fascinert av stjerner siden tidlig historie. Med moderne vitenskap, vet vi mye om stjernene, inkludert deres ulike typer og strukturer. Kunnskap om dette emnet utvikler seg fortsatt, og astrofysikere har foreslått en rekke teoretiske stjerner som kan eksistere i vårt univers. Sammen med de teoretiske stjernene er stjernelignende gjenstander, astronomiske strukturer som ser ut og oppfører seg som stjerner, men har ikke de vanlige karakteristikkene som vi tilskriver stjernene, hovedsakelig den kjemiske strukturen og fusjonsenergikilden. Objektene på denne listen er i forkant av fysisk forskning og har ikke blitt observert direkte ... ennå.

10 Quark Star

En stjerne på slutten av livet kan kollapse inn i et svart hull, en hvit dverg eller en nøytronstjerne. Hvis stjernen er tilstrekkelig tett før den bryter ut i en supernova, danner stjernens rest en nøytronstjerne. Når dette skjer, blir stjernen ekstremt varm og tett. Med så mye materie og energi forsøker stjernen å kollapse på seg selv og danne en singularitet, men de fermioniske partiklene i midten (i dette tilfellet nøytroner) adlyder Pauli-ekskluderingsprinsippet. Dette betyr at nøytronene ikke kan komprimeres i samme kvante tilstand, så de presser seg tilbake mot sammenfallende materie og når likevekt.

I flere tiår antok astronomer at en nøytronstjerne ville ligge i likevekt. Men som kvantteori ble mer utviklet, foreslo astrofysikere en ny type stjerne som ville oppstå når det degenerative trykket i neutronkjernen mislyktes. Dette kalles en kvarkstjerne. Etter hvert som trykket fra stjernemassen øker, bryter nøytronene seg opp i sine bestanddeler opp og ned kvarker, som under sterkt press og energi vil kunne eksistere fritt i stedet for kobling for å produsere hadroner som protoner og nøytroner. Kalt "merkelig sak", denne kvangesuppe ville være utrolig tett, mer enn en normal nøytronstjerne.

Astrofysikere diskuterer fortsatt hvor nøyaktig disse stjernene ville dannes. Noen teorier sier at de oppstår når massen av en kollapsende stjerne er mellom den nødvendige massen for å danne et svart hull eller en nøytronstjerne. Andre forskere har teoretisert mer eksotiske mekanismer. En ledende teori er at quarkstjerner dannes når tette pakker av tidligere eksisterende merkelig materie innpakket i svakt samvirkende massive partikler (eller WIMP'er) kolliderer med en nøytronstjerne, seder kjernen med merkelig materie og begynner transformasjonen. Hvis dette skjer, ville nøytronstjernen holde en "skorpe" av neutronstjernemateriale, noe som effektivt gjør det til å virke som en nøytronstjerne mens den har en merkelig materiell kjernen. Selv om ingen kvarkstjerner er funnet, kan mange av nøytronstjernene som er observert, i hemmelighet være quarkstjerner.

9 Electroweak Star

Mens kvarkstjernen synes å være den siste fasen av en stjernes liv før den dør og blir et svart hull, har fysikere nylig foreslått enda en teoretisk stjerne som kan eksistere mellom en kvarkstjerne og et svart hull. Kalt electroweak-stjernen, ville denne teoretiske typen kunne opprettholde likevekt på grunn av de komplekse samspillet mellom den svake atomkraft og den elektromagnetiske kraften, samlet kjent som elektroveakskraften.

I en electroweak-stjerne ville trykket og energien fra stjernens masse presse på kvarkstjernens kjernen av underlig materie. Etter hvert som energien intensiverer, blandes de elektromagnetiske og svake atomkraftene, og ingen forskjell gjenstår mellom de to kreftene. Med dette energinivået oppløses kvarkene i kjernen i leptoner, som elektroner og nøytriner. Det meste av det merkelige saken ville bli til nøytriner, og den frigjorte energien ville gi nok utad kraft for å stoppe stjernens sammenbrudd.

Forskere er interessert i å finne en electroweak-stjerne fordi kjernens kjennetegn ikke ville være ulikt det tidlige universet en milliarddel av et sekund etter big bang. På det tidspunktet i universets historie var det ingen forskjell mellom svak atomkraft og elektromagnetisk kraft. Det har vist seg vanskelig å formulere teorier om den tiden, så å finne en electroweak-stjerne ville gi et stort løft til kosmologisk forskning.

En electroweak-stjerne ville også være en av de tetteste gjenstandene i universet. Kjernen til en electroweak-stjerne ville være størrelsen på et eple, men inneholder massen av to jordarter, noe som gjør den tettere enn noen tidligere observert stjerne.

8 Thorne-Zytkow Object

I 1977 publiserte Kip Thorne og Anna Zytkow et papir som beskriver en ny type stjerne som heter Thorne-Zytkow Object (TZO). En TZO er en hybridstjerne dannet av kollisjonen mellom en rød supergiant og en liten, tett nøytronstjerne. Siden en rød supergiant er en ekstremt stor stjerne, vil nøytronstjernen ta hundrevis av år for å bare bryte sin indre atmosfære. Som det fortsetter å grave inn i stjernen, vil orbital senteret (kalt barycenteret) av de to stjernene bevege seg mot sentrum av supergianten. Til slutt vil de to stjernene slå sammen, forårsaker en stor supernova og til slutt et svart hull.

Når observert, ville TZO i utgangspunktet se ut som en typisk rød supergiant. Imidlertid ville TZO ha en rekke uvanlige egenskaper for en rød supergiant. Ikke bare ville dets kjemiske sammensetning være litt annerledes, men det burrowing-nøytronstjernen ville forårsake radiobølger fra innsiden. Å finne en TZO er ekstremt vanskelig på grunn av hvor subtil det er forskjellig fra en vanlig rød supergiant. Dessuten vil en TZO trolig ikke danne seg i vårt galaktiske nabolag, men heller nærmere midten av Milky Way, der stjernene er tettere pakket.

Likevel har det ikke stoppet astronomer fra å lete etter en kannibal stjerne, og i 2014 ble det annonsert at den supergiant HV 2112 var en mulig TZO.Forskere fant at HV 2112 har en uvanlig høy mengde metalliske elementer for en rød supergiant. Den kjemiske sminke av HV 2112 samsvarer med hva Thorne og Zytkow teoriserte på 1970-tallet, så astronomer vurderer det som en sterk kandidat for den første observerte TZO. Mer forskning er nødvendig, men det er spennende å tro at menneskeheten kanskje har funnet sin første kannibale stjerne.

7 Frossen stjerne

En standardstjerne sikrer hydrogenbrensel for å skape helium og støtter seg selv med det utadrettede trykket i denne prosessen. Men hydrogenet kan ikke vare evig, og til slutt må stjernen brenne tyngre elementer. Dessverre er energien utgitt fra disse tyngre elementene ikke så mye som hydrogen, og stjernen begynner å kjøle seg ned. Når stjernen til slutt går supernova, frøser den universet med metallelementene som vil være med på å danne nye stjerner og planeter. Når universet går fremover i tiden, eksploderer flere og flere stjerner. Astrofysikere har vist at når universet blir eldre, vil dets samlede metallinnhold øke.

Tidligere hadde stjernene nesten ikke noe metall i dem, men i fremtiden vil stjernene ha et sterkt økt metallinnhold. Som universet aldre, vil nye og uvanlige typer metallstjerner danne, inkludert den hypotetiske frosne stjernen. Denne typen stjerne ble foreslått på 1990-tallet. Med en overflod av metall i universet, ville nydannende stjerner trenge en mye lavere temperatur for å bli en hovedsekvensstjerne. De minste stjernene, med 0,04 stjernemasser (omtrent Jupiter-massen), kan bli hovedsekvens ved å opprettholde nukleær fusjon bare 0 grader Celsius (32 ° F). De ville være frosne og omgitt av skyer av frossen is. I den fjerne avstanden vil disse frosne stjernene erstatte de fleste vanlige stjerner i et kaldt og kjedelig univers.

6 Magnetosfærisk evolusjonerende objekt

https://www.youtube.com/watch?v=_X-XNCjBJp8
Det bør ikke komme som en overraskelse at det er mange forvirrende egenskaper og paradokser som involverer svarte hull. For å håndtere problemene som er forbundet med svart hullmatematikk, har teoretikere foreslått en rekke stjernelignende objekter. I 2003 foreslo forskere at svarte hull ikke egentlig er singulariteter, som generelt antatt, men er en eksotisk type stjerne som kalles magnetosfærisk evolusjonerende objekt (MECO). MECO-modellen er et forsøk på å håndtere det teoretiske problemet at spørsmålet om et kollapsende svart hull ser ut til å reise raskere enn lysets hastighet.

En MECO danner akkurat som et normalt svart hull. Matter blir overvunnet av tyngdekraften og begynner å kollapse i seg selv. I en MECO oppstår imidlertid strålingen som produseres av kolliderende subatomære partikler, et utadrykk, ikke i motsetning til det trykk som er forårsaket av fusjon i en stjernes kjerne. Dette gjør at MECO kan forbli relativt stabil. Det danner aldri en hendelseshorisont og kollapser aldri helt. Svarte hull kolliderer til slutt på seg selv og fordamper, men en MECO vil ta en uendelig tid for å kollapse. Dermed går det inn i en tilstand av evig sammenbrudd.

MECO teorier løser mange problemer med svarte hull, inkludert informasjonen. Fordi en MECO aldri kollapser, har den ikke problemer med å ødelegge informasjon som et svart hull. Men spennende MECO teorier kan være, de har blitt møtt med mye skepsis i fysikk samfunnet. Quasars antas generelt å være svarte hull omgitt av en lysende skive, så astronomer har forsøkt å finne en quasar med de presise magnetiske egenskapene til en MECO. Ingen har blitt funnet endelige, men nye teleskoper som leter etter svarte hull burde kaste mer lys på teorien. For nå er MECO en interessant løsning på problemer med svart hull, men ikke en ledende kandidat.

5 Befolkning III Stjerne

Vi har allerede snakket om frosne stjerner som eksisterer på slutten av universet, når alt har blitt altfor metallisk for at de varme stjernene skal dannes. Men hva med stjerner i den andre enden av spekteret? Disse stjernene, som består av den primordiale gassen igjen fra big bang, kalles Befolkning III-stjerner. Stjernepopulasjonen ble utarbeidet av Walter Baade på 1940-tallet og beskrev metallinnholdet til en stjerne. Jo høyere befolkningen er, desto høyere er metallinnholdet. For lengst var det bare to populasjoner av stjerner (logisk kalt Befolkning I og Befolkning II), men moderne astrofysikere har begynt seriøs forskning på stjernene som må ha eksistert like etter big bang.

Disse stjernene hadde ingen tyngre elementer i dem. De var sammensatt av hydrogen og helium, med mulige spor av litium. Befolkning III stjerner var absurdly lyse og gigantiske, større enn de fleste nåværende stjerner. Kjernen deres ville ikke bare fusjonere normale elementer, men også bli drevet av mørke materielle utslippsreaksjoner. De var også ekstremt kortvarige, og varede bare om lag to millioner år. Til slutt brann disse stjernene alle sine hydrogen- og heliumbrensel, begynte å smelte brennstoffet i tyngre metallelementer og eksploderte og spredte sine tyngre elementer over hele universet. Ingen overlevde tidlig univers.

Hvis ingen overlevde, hvorfor bryr vi oss enda om dem? Astronomer er veldig interessert i befolkning III stjerner fordi de vil gi oss en bedre forståelse av hva som skjedde i big bang og hvordan det tidlige universet utviklet seg. I dette forsøket er lysets hastighet en astronomens venn. Gitt den konstante verdien av lyshastighet, hvis astronomer kan finne ekstremt fjerne stjerner, ser de faktisk tilbake i tid. Et team av astronomer fra Institutt for astrofysikk og romvitenskap prøver å se på galakser lenger bort fra jorden enn noen gang forsøkt.Lyset fra disse galakser ville være fra bare noen få millioner år etter big bang og kunne inneholde lyset fra befolkning III stjerner. Ved å studere disse stjernene vil astronomene kunne se tilbake i tid. Utover det viser vi også befolkningen III-stjerner hvor vi kom fra. De tidlige stjernene er de som seeded universet med de livgivende elementene som er nødvendige for menneskets eksistens.

4 Quasi-Star

For ikke å forveksle med en quasar (et objekt som ser ut som en stjerne, men egentlig ikke er det), er kvasi-stjernen en teoretisk type stjerne som bare kunne eksistere i tidlig univers. I likhet med TZO nevnt ovenfor, ville kvasi-stjernen vært en kannibal stjerne, men i stedet for å ha en annen stjerne i midten hadde den et svart hull. Kvasi-stjerner ville ha dannet seg fra massive Befolkning III-stjerner. Når normale stjerner faller sammen, går de supernova og la et svart hull. I en kvasi-stjerne ville det tette ytre laget av kjernefysisk materiale ha absorbert energisprengningen fra kjernekollapset og holdt seg på plass uten å gå supernova. Det ytre skallet til stjernen ville forbli intakt, mens innsiden dannet et svart hull.

Som en moderne fusjonsbasert stjerne ville kvasi-stjernen nå en likevekt, selv om den ville ha blitt opprettholdt av mer enn fusjonsenergien. Energien som slippes ut fra den svarte hulkjernen ville ha gitt det utadrettede trykket for å motstå tyngdekraften. En kvasi-stjerne ville ha blitt matet ved at saken faller inn i det indre sorte hullet og frigjør energi. På grunn av den massive energifrigivelsen ville en kvasi-stjerne ha vært ekstremt lys og rundt 7.000 ganger mer massiv enn Sola.

Til slutt vil en kvasi-stjerne miste sitt ytre skall etter ca. en million år, og etterlot bare et massivt svart hull. Astrofysikere har teoretisert at gamle kvasi-stjerner var kilden til de supermassive svarte hullene i sentrene til de fleste galakser, inkludert våre. Milky Way kunne ha startet som en av disse eksotiske og uvanlige gamle stjerner.

3 Preon Star

Filosofer gjennom tidene har argumentert for hva som er den minste mulige delingen av saken. Med observasjon av protoner, nøytroner og elektroner trodde forskere at de hadde funnet den underliggende strukturen i universet. Men da vitenskapen marsjerte frem, ble det funnet mindre og mindre partikler som har gjenoppfunnet vår oppfatning av vårt univers. Hypotetisk, dette kan fortsette for alltid, men noen teoretikere har foreslått preonen som den minste del av naturen. Et preon er en punktpartikkel, uten spatial dimensjon. Ofte vil fysikere beskrive partikler som et elektron som en punktpartikkel, men det er bare en praktisk modell. Elektroner har faktisk dimensjon. Teoretisk sett gjør ikke et forkledning det. De ville være den mest grunnleggende subatomiske partikkelen.

Selv om preonforskning ikke er i dag, har det ikke stoppet forskere fra å diskutere hva en stjerne av preons ville se ut. Preon stjerner ville være ekstremt små, i størrelse et sted mellom en ert og en fotball. Pakket i det lille området ville være månens masse. Preon stjerner ville være lys av astronomiske standarder, men mye tettere enn nøytronstjerner, det tetteste observerte objektet.

Disse lille stjernene ville være ekstremt vanskelig å se og ville bare være synlige ved å observere gravitasjonslinsing og gammastråle-stråling. På grunn av deres uoppdagelige natur har noen teoretikere foreslått preonstjerner som kandidater for mørkt materiale. Forskere ved partikkelakselatorer fokuserer imidlertid på Higgs bosonpartikkelforskning i stedet for å lete etter preoner, så det vil vare lenge før eksistensen av preonen er bevist eller disproved og en enda lengre tid før vi finner en stjerne av dem.

2 Planck Star

Et av de mest interessante spørsmålene om svarte hull er hva er de som på innsiden. Utallige filmer, bøker og papirer har blitt publisert om dette problemet, alt fra det fantastiske til det høyt vitenskapelige. Det er ingen konsensus i fysikksamfunnet. Ofte er midten av et svart hull beskrevet som en singularitet med uendelig tetthet og ingen romlig dimensjon, men hva betyr det egentlig? Moderne teoretikere forsøker å komme forbi den vage beskrivelsen og faktisk finne ut hva som skjer i et svart hull. Av alle teoriene er en av de mest fascinerende at midten av et svart hull faktisk inneholder en stjerne kalt en Planck-stjerne.

Motivasjonen bak Planck-stjernens forslag er å løse det svarte hulls informasjonsparadox. Hvis et svart hull betraktes som bare et punkts singularitet, har det den uheldige bivirkningen av at informasjonen blir ødelagt når den kommer inn i det svarte hullet, bryter med bevaringsloven. Men å ha en stjerne midt i et svart hull løser dette problemet og hjelper til med å håndtere problemer på hendelseshorisonten til et svart hull.

Som du kanskje gjetter, er en Planck-stjerne et merkelig dyr, selv om det støttes av normal atomfusion. Navnet kommer fra det faktum at stjernen ville ha en energidensitet nær Planck-tettheten. Energidensitet er et mål for energien i et område av rom, og Planck tetthet er et stort antall: 5,15 x 10 kg per kubikkmeter. Det er mye energi. Teoretisk sett er det hvor mye energi som var inneholdt i universet rett etter big bang. Dessverre ville vi aldri kunne se en Planck-stjerne hvis den bodde i et svart hull, men det er en interessant ide å løse forskjellige astronomiske paradokser.

1 Fuzzball

Fysikere elsker å komme med morsomme navn for komplekse ideer. "Fuzzball" er det søteste navnet noen gang gitt til en region med dødelig plass som kan drepe deg umiddelbart. Fuzzball teori kommer fra forsøket på å beskrive et svart hull ved å bruke ideene om strengteori.Som sådan er en fuzzball ikke en sann stjerne i den forstand at det ikke er en miasma av glødelamplasjer støttet av termonukleær fusjon. Snarere er det en region med sammenklemt energistrenger støttet av sin egen indre energi.

Som nevnt ovenfor er et nøkkelproblem med svarte hull å finne ut hva som er inni dem. Dette dype problemet er både et observasjons- og teoretisk mysterium. Standard svart hullteorier fører til en rekke motsetninger. Stephen Hawking viste at svarte hull fordampes, noe som innebærer at all informasjon i dem går tapt for alltid. Modeller av det svarte hullet viser at overflaten er en høy-energi "brannmur" som fordamper innkommende partikler. Viktigst, kvantummekanikkens teorier virker ikke når de brukes på et svart hulls singularitet.

Fuzzballs adresserer disse bekymringene. For å forstå hva en fuzzball er, tenk at vi bodde i en todimensjonal verden som et stykke papir. Hvis noen setter en sylinder på papiret, oppfatter vi det som en todimensjonal sirkel, selv om objektet faktisk finnes i tre dimensjoner. Vi kan forestille oss at høyere dimensjonale strukturer eksisterer i vårt univers; I strengteori kalles disse braner. Hvis en høyere-dimensjonal brane eksisterte, ville vi bare oppleve det med våre fire-dimensjonale sanser og matematikk. Stringteoretikere har foreslått at det vi kaller et svart hull, er faktisk bare vår nedre dimensjonale oppfatning av en høyere dimensjonal strengstruktur som skjærer med vår firedimensjonale romtid. Således er et svart hull ikke egentlig en singularitet; det er bare skjæringspunktet mellom romtiden med høyere dimensjonale strenger. Dette krysset er fuzzballen.

Det kan virke esoterisk, og det er fortsatt varmt diskutert. Men hvis sorte hull faktisk er fuzzballs, løser det mange av paradoksene. Det har også litt forskjellige egenskaper enn svarte hull. I stedet for en endimensjonal singularitet har fuzzball et bestemt volum. Men selv om det har et bestemt volum, har det ingen presis hendelseshorisont, noe som gjør kantene "fuzzy." Det tillater også fysikere å beskrive et svart hull ved hjelp av kvantemekaniske prinsipper. I tillegg er "fuzzball" et veldig morsomt navn å ha i vår vitenskapelige folkeavtale.