Stjärnorna har fascinerat människor från tidiga tider. Tack vare modern vetenskap vet vi ganska mycket om stjärnor, om deras olika typer och strukturer. Kunskapen om detta ämne uppdateras ständigt; astrofysiker spekulerar i ett antal teoretiska stjärnor som kan finnas i vårt universum. Tillsammans med teoretiska stjärnor finns det också stjärnliknande föremål, astronomiska strukturer som ser ut och uppför sig som stjärnor, men inte har standardegenskaperna som vi beskriver som stjärnor. Objekten på denna lista är på gränsen till fysikforskning och har inte observerats direkt … än.
Quark-stjärna
I slutet av sitt liv kan en stjärna kollapsa i ett svart hål, vit dvärg eller neutronstjärna. Om stjärnan är tillräckligt tät innan den går supernova, kommer de stjärnresterna att bilda en neutronstjärna. När detta händer blir stjärnan extremt het och tät. Med sådan materia och energi försöker stjärnan att kollapsa i sig själv och bilda en singularitet, men de fermioniska partiklarna i mitten (i detta fall neutroner) följer Pauli-principen. Enligt honom kan neutroner inte komprimeras till samma kvanttillstånd, så de avvisas från det kollapsande ämnet och når jämvikt.
I decennier har astronomer antagit att neutronstjärnan skulle förbli i jämvikt. Men när kvantteorin utvecklades föreslog astrofysiker en ny typ av stjärna som skulle kunna visas om det degenerativa trycket från neutronkärnan upphörde. Det kallas en kvarkstjärna. När stjärnmassans tryck ökar, förfaller neutroner i deras beståndsdelar, upp och ner kvarkar, som under högt tryck och hög energi kan existera i ett fritt tillstånd i stället för att producera hasroner som protoner och neutroner. Döpt "konstig fråga", denna kvark soppa skulle vara oerhört tät, tätare än en vanlig neutronstjärna.
Astrofysiker diskuterar fortfarande hur exakt dessa stjärnor kan ha bildats. Enligt vissa teorier inträffar de när massan hos den kollapsande stjärnan är mellan massan som krävs för att bilda ett svart hål eller en neutronstjärna. Andra föreslår mer exotiska mekanismer. Den ledande teorin är att kvarkstjärnor bildas när täta paket med befintligt konstigt ämne lindat i svagt samverkande partiklar (WIMP: er) kolliderar med en neutronstjärna, såddar sin kärna med konstigt material och initierar en transformation. Om detta händer, kommer neutronstjärnan att bibehålla en "skorpa" av neutronstjärnmaterial, och fortsätter att se ut som en neutronstjärna, men samtidigt ha en kärna av konstigt material. Även om vi inte hittat några kvarkstjärnor ännu,många av de observerade neutronstjärnorna kan mycket väl vara i hemlighet.
Kampanjvideo:
Electroweak stjärnor
Medan en kvarkstjärna kan vara det sista steget i en stjärns liv innan den dör och blir ett svart hål, föreslog fysiker nyligen en annan teoretisk stjärna som skulle kunna existera mellan en kvarkstjärna och ett svart hål. En så kallad elektroweak-stjärna skulle kunna upprätthålla jämvikt genom en komplex växelverkan mellan svag kärnkraft och elektromagnetisk kraft som kallas elektroweak-kraft.
I en elekrokstjärna skulle trycket och energin från stjärnmassan pressa på kvarkstjärns konstiga materiekärna. När energin ökar skulle de elektromagnetiska och svaga kärnkrafterna blandas så att det inte skulle finnas någon skillnad mellan de två krafterna. På denna energinivå löses kvarkarna i kärnan upp i leptoner, som elektroner och neutrino. Det mesta av det konstiga ämnet kommer att förvandlas till neutrino och den frigjorda energin kommer att ge tillräckligt med kraft för att förhindra att stjärnan kollapsar.
Forskare är intresserade av att hitta en electroweak-stjärna eftersom egenskaperna för dess kärna skulle vara identiska med de i det unga universumet en miljarddels sekund efter Big Bang. Vid den tidpunkten i vårt universums historia var det ingen skillnad mellan svag kärnkraft och elektromagnetisk kraft. Det visade sig vara ganska svårt att formulera teorier om den tiden, så ett fynd i form av en electroweak-stjärna skulle hjälpa kosmologisk forskning avsevärt.
En elrowrow-stjärna måste också vara en av de tätaste föremålen i universum. Kärnan i en electroweak-stjärna skulle vara storleken på ett äpple, men ungefär två jordar i massa, vilket i teorin skulle göra en sådan stjärna tätare än någon tidigare observerad stjärna.
Objekttorn - Zhitkova
1977 publicerade Kip Thorne och Anna Zhitkova ett papper med en ny typ av stjärna som kallas Thorn-Zhitkova Object (OTZ). OTZ är en hybridstjärna som bildas genom kollisionen av en röd supergiant och en liten, tät neutronstjärna. Eftersom den röda supergianten är en otroligt stor stjärna, kommer det att ta hundratals år för en neutronstjärna att helt enkelt bryta igenom den inre atmosfären först. Medan den gräver in i stjärnan, kommer de båda stjärnornas orbitalcentrum (barycenter) att röra sig mot supergigantens centrum. Så småningom kommer de två stjärnorna att smälta samman och bilda en stor supernova och i slutändan ett svart hål.
När det observerades skulle OTZ ursprungligen likna en typisk röd supergiant. Ändå skulle OTZ ha ett antal ovanliga egenskaper för en röd supergiant. Inte bara kommer dess kemiska sammansättning att skilja sig, utan en neutronstjärna som gräver in i den kommer att avge radiobrännningar från insidan. Det är ganska svårt att hitta OTL, eftersom det inte skiljer sig mycket från den vanliga röda supergianten. Dessutom är OTZ snarare bildat inte i våra galaktiska omgivningar utan närmare mitten av Vintergatan, där stjärnorna packas närmare.
Detta hindrade dock inte astronomer från att söka efter en kannibalstjärna, och under 2014 tillkännagavs att supergiganten HV 2112 kunde vara en möjlig OTZ. Forskare har funnit att HV 2112 har en ovanligt hög mängd metallelement för röda supergiganter. Den kemiska sammansättningen av HV 2112 matchar vad Thorne och Zhitkova antog under 1970-talet, så astronomer anser att denna stjärna är en kraftfull kandidat för den första observerade OTG. Ytterligare forskning behövs, men det skulle vara coolt att tro att mänskligheten har upptäckt den första kannibalstjärnan.
Fryst stjärna
En vanlig stjärna bränner vätebränsle, skapar helium och stöder sig själv med trycket inifrån, född i processen. Men en dag rinner väte och slutligen måste stjärnan bränna tyngre element. Tyvärr är energin som flyr från dessa tunga element inte så mycket som från väte, och stjärnan börjar svalna. När en stjärna går supernova fröer den universum med metalliska element, som sedan deltar i bildandet av nya stjärnor och planeter. När universum mognar exploderar fler och fler stjärnor. Astrofysiker har visat att dess totala metallinnehåll också ökar tillsammans med åldrandet av universum.
Tidigare fanns det praktiskt taget ingen metall i stjärnor, men i framtiden kommer stjärnorna att ha ett betydligt ökat metallöverskott. När universum åldras kommer nya och ovanliga typer av metallstjärnor att bildas, inklusive hypotetiska frysta stjärnor. Denna typ av stjärna föreslogs på 1990-talet. Med överflödet av metaller i universum kommer nybildade stjärnor att behöva lägre temperaturer för att bli huvudsekvensstjärnor. De minsta stjärnorna med en massa av 0,04 stjärna (i ordning av massan av Jupiter) kan bli huvudsekvensstjärnor och bibehålla kärnfusion vid temperaturer på 0 grader Celsius. De kommer att frysas och omges av moln med frusen is. I den långa, avlägsna framtiden kommer dessa frysta stjärnor att förskjuta de flesta vanliga stjärnor i det kalla och dystra universum.
Magnetosfäriskt evigt kollapsande objekt
Alla är redan vana vid att många oförståliga egenskaper och paradoxer är förknippade med svarta hål. För att på något sätt kunna hantera problemen med matematiken i svart hål har teoretiker antagit en hel mängd stjärnformade föremål. 2003 uttalade forskare att svarta hål egentligen inte är singulariteter, som de brukade tänka, utan är en exotisk typ av stjärna som kallas ett magnetosfäriskt evigt kollapsande objekt (MVCO, MECO). MVCO-modellen är ett försök att ta itu med ett teoretiskt problem: frågan om det kollapsande svarta hålet verkar röra sig snabbare än ljusets hastighet.
MVCO formar sig som ett vanligt svart hål. Tyngdekraften överträffar materien och materien börjar kollapsa i sig själv. Men i MVCO skapar strålningen från kollisionen av partiklar ett inre tryck liknande det tryck som alstras i processen med fusion i en stjärns kärna. Detta gör att MVCO förblir absolut stabilt. Det bildar aldrig en händelseshorisont och kollapsar aldrig helt. Svarta hål kommer så småningom att kollapsa i sig själva och avdunsta, men MVCO: s kollaps kommer att ta en oändlig tid. Således är det i ett tillstånd av evig kollaps.
MVCO-teorierna löser många svarthålsproblem, inklusive informationsproblemet. Eftersom MVCO aldrig kollapsar finns det inga problem med förstörelse av information, som i fallet med ett svart hål. Men oavsett hur underbara MVKO-teorier är, välkomnar fysikarsamhället dem med stor skepsis. Kvasarer antas vara svarta hål som omges av en lysande ackretionsskiva. Astronomer hoppas kunna hitta en kvasar med MVCO: s exakta magnetiska egenskaper. Hittills har inga hittats, men kanske kommer nya teleskop som studerar svarta hål att belysa denna teori. Under tiden förblir MVKO en intressant lösning på problemen med svarta hål, men långt ifrån en ledande kandidat.
Befolkningsstjärnor III
Vi har redan diskuterat de frysta stjärnorna som kommer att visas mot slutet av universum, när allt blir för metalliskt för att heta stjärnor kan bildas. Men hur är det med stjärnor i den andra änden av spektrumet? Dessa stjärnor, bildade av de ursprungliga gaserna som finns kvar från Big Bang, kallas Befolkning III-stjärnor. Stjärnpopulationen introducerades av Waltor Baade på 1940-talet och beskrev metallinnehållet i en stjärna. Ju äldre befolkningen är, desto högre är metallinnehållet. Under en lång tid fanns det bara två stjärnor av stjärnor (med det logiska namnet befolkning I och befolkning II), men moderna astrofysiker inledde en allvarlig sökning efter stjärnor som borde ha existerat omedelbart efter Big Bang.
Det fanns inga tunga element i dessa stjärnor. De bestod helt av väte och helium, isär med litium. Befolkning III-stjärnor var absurd ljusa och enorma, större än många moderna stjärnor. Deras gårdar syntetiserade inte bara vanliga element, utan drevs av mörka förintelser av mörka ämnen. De levde också väldigt lite, bara några miljoner år. I slutändan brände allt väte och heliumbränsle från dessa stjärnor ut, de använde tungmetallelement för fusion och exploderade, spridande tunga element över universum. Ingenting överlevde i det unga universum.
Men om ingenting överlevde, varför ska vi tänka på det? Astronomer är mycket intresserade av befolkning III-stjärnor eftersom de kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå vad som hände i Big Bang och hur det unga universum utvecklades. Och ljusets hastighet hjälper astronomer i detta. Med tanke på den ständiga storleken på ljusets hastighet, om astronomer kan hitta en otroligt avlägsen stjärna, kommer de i huvudsak att titta tillbaka i tiden. En grupp astronomer från Institutet för astrofysik och rymdvetenskap försöker se de galaxer som är längst från jorden som vi har försökt se. Dessa galaxers ljus borde ha dykt upp flera miljoner efter Big Bang och kunde innehålla ljus från stjärnorna i Befolkning III. Att studera dessa stjärnor gör att astronomer kan se tillbaka i tiden. Att studera stjärnorna i Befolkning III kommer också att visa oss var vi kom ifrån. Dessa stjärnor var bland de första som såg universum med element som ger liv och är nödvändiga för människans existens.
Quasi-stjärna
För att inte förväxlas med en kvasar (ett objekt som ser ut som en stjärna men inte är det), är en kvasistjärna en teoretisk typ av stjärna som bara kunde existera i ett ungt universum. Liksom OTZ, som vi talade om ovan, skulle kvasstjärnan vara en kannibalstjärna, men istället för att gömma en annan stjärna i mitten döljer den ett svart hål. De kvasistjärnorna borde ha bildats av massiva befolkning III-stjärnor. När vanliga stjärnor kollapsar går de supernova och lämnar ett svart hål. I kvasistjärnor skulle det täta yttre skiktet av kärnmaterial ha absorberat all energi som flyr ut från den kollapsande kärnan, stannat på plats och inte skulle bli supernova. Det yttre skalet på stjärnan skulle förbli intakt medan det inre skalet bildar ett svart hål.
Som en modern fusionsstjärna skulle en kvasistjärna nå jämvikt, även om den skulle stödjas av mer än bara fusionsenergi. Energin utstrålad från kärnan, ett svart hål, skulle ge tryck för att motstå gravitationskollaps. Kvasistjärnan skulle livnära sig från att materien föll in i det inre svarta hålet och släppte energi. På grund av denna kraftfulla avgivna energi skulle kvasstjärnan vara oerhört ljus och 7000 gånger massivare än solen.
Så småningom skulle emellertid den kvasistjärnan ha förlorat sitt yttre skal efter ungefär en miljon år och bara lämnat ett massivt svart hål. Astrofysiker har föreslagit att forntida kvasistjärnor var källan till supermassiva svarta hål i centrum för de flesta galaxer, inklusive våra. Vintergatan kan ha börjat med en av dessa exotiska och ovanliga gamla stjärnor.
Preon star
Filosofer har argumenterat i århundraden om den minsta möjliga uppdelningen av materien. Genom att observera protoner, neutroner och elektroner trodde forskare att de hade hittat universums grundstruktur. Men när vetenskapen gick framåt hittades partiklar mindre och mindre, och vårt koncept av universum måste revideras. Hypotetiskt skulle uppdelningen kunna fortsätta för evigt, men vissa teoretiker anser att preons är de minsta partiklarna i naturen. Preon är en punktpartikel som inte har någon rumslig expansion. Fysiker beskriver ofta elektroner som punktpartiklar, men detta är den traditionella modellen. Elektroner har faktiskt en expansion. I teorin har preon inte en. De kan vara de mest grundläggande subatomära partiklarna.
Medan preon-forskning för närvarande är på modet, hindrar det inte forskare från att diskutera hur preon-stjärnor kan se ut. Preon-stjärnorna skulle vara extremt små, storleken mellan en ärta och en fotboll. Massan packad i denna lilla volym skulle vara lika med månens massa. Preon-stjärnor skulle vara ljusa enligt astronomiska standarder, men mycket tätare än neutronstjärnor, de tätaste föremål som observerats.
Dessa små stjärnor skulle vara mycket svåra att se, tack vare gravitationslinsning och gammastrålar. På grund av sin obekväma natur anser vissa teoretiker att de föreslagna preonstjärnorna är kandidater för mörk materia. Och ändå är forskare på partikelacceleratorer mestadels upptagna av Higgs-boson, snarare än att leta efter preons, så att deras existens kommer eller kanske inte kommer att bekräftas mycket snart.
Planck-stjärna
En av de största frågorna om svarta hål är: hur är de inifrån? Otaliga böcker, filmer och artiklar har publicerats om detta ämne, allt från fantastiska spekulationer till den svåraste och mest exakta vetenskapen. Och det finns ingen konsensus än. Ofta beskrivs mitten av ett svart hål som en singularitet med oändlig densitet och inga rumsliga dimensioner, men vad betyder det egentligen? Moderna teoretiker försöker komma runt denna vaga beskrivning och ta reda på vad som faktiskt händer i ett svart hål. Av alla teorier är en av de mest intressanta antagandet att det finns en stjärna i mitten av det svarta hålet som kallas Planck-stjärnan.
Den föreslagna Planck-stjärnan utformades ursprungligen för att lösa informationsparadoxen för svarthålet. Om vi betraktar ett svart hål som en singularitetspunkt har det en obehaglig bieffekt: information kommer att förstöras, tränga in i det svarta hålet och bryta mot lagarna om bevarande. Men om det finns en stjärna i mitten av det svarta hålet, kommer det att lösa problemet och hjälpa till med frågor om svarthålets händelseshorisont.
Som ni måste gissa är Plancks stjärna en konstig sak som dock stöds av konventionell kärnfusion. Namnet kommer från det faktum att en sådan stjärna kommer att ha en energitäthet nära Planck. Energitäthet är ett mått på energin i ett område i rymden, och Plancks densitet är ett enormt antal: 5,15 x 10 ^ 96 kg per kubikmeter. Det här är mycket energi. Teoretiskt sett så mycket energi kan finnas i universumet direkt efter Big Bang. Tyvärr kommer vi aldrig att se en Planck-stjärna om den ligger i ett svart hål, men detta antagande gör att vi kan lösa ett antal astronomiska paradoxer.
Fluffig boll
Fysiker älskar att komma med roliga namn på komplexa idéer. Fluffy Ball är det sötaste namnet du kan tänka dig för ett dödligt område i rymden som kan döda dig direkt. Den fluffiga bollteorin kommer från ett försök att beskriva ett svart hål med hjälp av idéer om strängteori. I huvudsak är den fluffiga bollen inte en riktig stjärna i den meningen att den inte är en miasma av eldig plasma som drivs av fusion. Snarare är det ett område med intrasslade strängar av energi som stöds av deras egen inre energi.
Som nämnts ovan var det största problemet med svarta hål att räkna ut vad som fanns inuti dem. Detta djupa problem är både ett experimentellt och ett teoretiskt gåte. Teorier om svarta hål leder till ett antal motsägelser. Stephen Hawking visade att svarta hål förångas, vilket innebär att all information i dem kommer att försvinna för alltid. Svart hålmodeller visar att deras yta är en "energi" brandvägg med hög energi som förångar inkommande partiklar. Det viktigaste är att teorierna om kvantmekanik inte fungerar när de tillämpas på singulariteten i ett svart hål.
En fluffig boll löser dessa problem. För att förstå vilken typ av fluffig boll är, föreställ dig att vi lever i en tvådimensionell värld, som på ett papper. Om någon placerar en cylinder på papper, kommer vi att uppfatta den som en tvådimensionell cirkel, även om detta objekt faktiskt finns i tre dimensioner. Vi kan föreställa oss att arroganta strukturer finns i vårt universum; i strängteori kallas de branes. Om flerdimensionella branes fanns skulle vi bara upptäcka dem med våra 4D-sinnen och matematik. Stringteoretiker har föreslagit att det vi kallar ett svart hål faktiskt är vår lågdimensionella uppfattning om en flerdimensionell strängstruktur som korsar vår fyrdimensionella rymdtid. Då blir det svarta hålet inte en singularitet; det kommer bara att vara skärningspunkten mellan vår rymdtid med flerdimensionella strängar. Denna korsning är den fluffiga bollen.
Allt detta verkar esoteriskt och väcker många frågor. Men om svarta hål faktiskt är fluffiga trasslar, kommer de att lösa en hel del paradoxer. De kommer också att ha något andra egenskaper än svarta hål. I stället för en endimensionell singularitet har en fluffig boll en viss volym. Men trots en viss volym har den inte en exakt händelseshorisont, dess gränser är "fluffiga". Det gör att fysiker också kan beskriva ett svart hål med hjälp av kvantmekanikens principer. Hur som helst, en fluffig boll är ett roligt namn som utspävar vårt strikta vetenskapliga språk.
Baserat på material från listverse.com
Ilya Khel