10 странных теоретических звезд

Интересно

Звезды очаровывали людей с незапамятных времен. Благодаря современной науке мы много знаем о звездах, их различных типах и структурах. Знания по этой теме постоянно обновляются и уточняются; астрофизики оценивают ряд теоретических звезд, которые могут существовать в нашей Вселенной.

Наряду с теоретическими звездами существуют также звездоподобные объекты, астрономические структуры, которые выглядят и ведут себя как звезды, но не имеют стандартных характеристик, которые мы называем звездами. Объекты в этом списке находятся на грани исследования в области физики и непосредственно не наблюдались .. пока.

Кварковая звезда

10 странных теоретических звезд

В конце своей жизни звезда может коллапсировать в черную дыру, белый карлик или нейтронную звезду. Если звезда достаточно плотная, прежде чем стать сверхновой, звездные остатки сформируют нейтронную звезду. Когда это происходит, звезда становится очень горячей и плотной. С такой материей и энергией звезда пытается схлопнуться сама по себе и образовать сингулярность, но частицы фермиона в центре (в данном случае нейтроны) подчиняются принципу Паули. По его словам, нейтроны нельзя сжать до одного и того же квантового состояния, поэтому они отталкиваются коллапсирующим веществом, достигая равновесия.

В течение десятилетий астрономы предполагали, что нейтронная звезда останется в равновесии. Но с развитием квантовой теории астрофизики предложили новый тип звезд, которые могли бы появиться, если бы вырождающееся давление нейтронного ядра прекратилось. Она называется кварковой звездой. По мере увеличения давления массы звезды нейтроны распадаются на свои составляющие, верхние и нижние кварки, которые под высоким давлением и высокой энергией могут существовать в свободном состоянии, вместо того, чтобы производить адроны, такие как протоны и нейтроны. Этот кварковый суп, получивший название «странная материя», был бы невероятно плотным, более плотным, чем обычная нейтронная звезда.

Астрофизики все еще обсуждают, как именно могли образоваться эти звезды. Согласно некоторым теориям, они возникают, когда масса коллапсирующей звезды находится между массой, необходимой для образования черной дыры или нейтронной звезды. Другие предлагают более экзотические механизмы. Основная теория состоит в том, что кварковые звезды образуются, когда плотные пакеты ранее существовавшей странной материи, завернутые в слабовзаимодействующие частицы (WIMP), сталкиваются с нейтронной звездой, заполняя ее ядро ​​странной материей и инициируя трансформацию. Если это произойдет, нейтронная звезда сохранит «корку» из звездного нейтронного материала, фактически продолжая напоминать нейтронную звезду, но в то же время обладающую ядром из странного материала. Хотя мы еще не открыли никаких кварковых звезд, многие из наблюдаемых нейтронных звезд вполне могут оставаться в секрете.

Электрослабые звезды

10 странных теоретических звезд

В то время как кварковая звезда может быть последней стадией в жизни звезды перед ее смертью и превращением в черную дыру, физики недавно предложили еще одну теоретическую звезду, которая может существовать между кварковой звездой и черной дырой. Так называемая электрослабая звезда может поддерживать баланс за счет сложного взаимодействия между слабой ядерной силой и электромагнитной силой, известной как электрослабая сила.

В электрослабой звезде давление и энергия массы звезды будут давить на ядро ​​странной материи кварковой звезды. По мере увеличения энергии слабые электромагнитные и ядерные силы будут смешиваться, так что между двумя силами не будет разницы. На этом уровне энергии кварки в ядре растворяются в лептоны, такие как электроны и нейтрино. Большая часть странной материи превратится в нейтрино, а выделяемая энергия обеспечит достаточную силу, чтобы предотвратить коллапс звезды.

Ученые заинтересованы в обнаружении электрослабой звезды, потому что характеристики ее ядра будут идентичны характеристикам молодой Вселенной на одну миллиардную долю секунды после Большого взрыва. В тот момент истории нашей Вселенной не существовало различия между слабым ядерным взаимодействием и электромагнитным взаимодействием. Сформулировать теории об этом периоде оказалось довольно сложно, поэтому открытие в виде электрослабой звезды значительно помогло бы космологическим исследованиям.

Электрослабая звезда также должна быть одним из самых плотных объектов во Вселенной. Ядро электрослабой звезды было бы размером с яблоко, но с массой около двух Земных, что делает такую ​​звезду, теоретически, более плотной, чем любая ранее наблюдаемая звезда.

Объект Торна — Житковой

10 странных теоретических звезд

В 1977 году Кип Торн и Анна Житкова опубликовали статью, в которой подробно описывался новый тип звезд, названный Объектом Шипа-Житкова (ОТЗ). OTZ – это гибридная звезда, образованная в результате столкновения красного сверхгиганта и маленькой плотной нейтронной звезды. Поскольку красный сверхгигант – невероятно большая звезда, нейтронной звезде потребуются сотни лет, чтобы сначала просто прорваться сквозь внутреннюю атмосферу. Пока он копается в звезде, орбитальный центр (центр тяжести) двух звезд смещается к центру сверхгиганта. В конце концов, две звезды сольются, образуя большую сверхновую и, в конечном итоге, черную дыру.

Читайте также:  Сравнение философии и науки по И.И. Гарину

При наблюдении OTZ изначально напоминал бы типичный красный сверхгигант. Однако OTZ будет обладать рядом необычных свойств для красного сверхгиганта. Изменится не только ее химический состав, но и заключенная в нее нейтронная звезда будет излучать радиовспышки изнутри. Найти ОТЛ довольно сложно, так как он мало чем отличается от обычного красного сверхгиганта. Более того, HTL скорее образуется не в нашем галактическом окружении, а ближе к центру Млечного Пути, где звезды наиболее плотны.

Однако это не помешало астрономам искать звезду-каннибал, и в 2014 году было объявлено, что сверхгигант HV 2112 может стать возможным OTZ. Ученые обнаружили, что HV 2112 имеет необычно высокое количество металлических элементов для красных сверхгигантов. Химический состав HV 2112 соответствует гипотезе Торн и Житковой в 1970-х годах, поэтому астрономы считают эту звезду мощным кандидатом на роль первого наблюдаемого OTG. Требуются дополнительные исследования, но было бы неплохо думать, что человечество обнаружило первую звезду каннибала.

Замерзшая звезда

10 странных теоретических звезд

Обычная звезда сжигает водород, создавая гелий и поддерживая себя давлением изнутри, рожденным в процессе. Но однажды водород закончится, и в конце концов звезде придется сжигать более тяжелые элементы. К сожалению, эти тяжелые элементы выделяют меньше энергии, чем водород, и звезда начинает остывать. Когда звезда становится сверхновой, она засевает Вселенную металлическими элементами, которые затем участвуют в образовании новых звезд и планет. По мере взросления Вселенной взрывается все больше и больше звезд. Астрофизики показали, что вместе со старением Вселенной увеличивается и общее содержание металлов в ней.

Раньше в звездах практически не было металла, но в будущем в звездах будет значительно больше металлов. По мере старения Вселенной будут формироваться новые и необычные типы металлических звезд, включая гипотетические замороженные звезды. Этот тип звезд был предложен в 1990-х годах. Из-за обилия металлов во Вселенной вновь образовавшимся звездам потребуется более низкая температура, чтобы стать звездами главной последовательности. Меньшие звезды со звездной массой 0,04 (порядка массы Юпитера) могут стать звездами главной последовательности, поддерживая ядерный синтез при температуре 0 градусов Цельсия. Они будут заморожены и окружены облаками замороженного льда. В далеком-далеком будущем эти замороженные звезды заменят большинство обычных звезд в холодной мрачной Вселенной.

Магнитосферически вечно коллапсирующий объект

10 странных теоретических звезд

Все уже привыкли, что с черными дырами связаны многие непонятные свойства и парадоксы. Чтобы как-то справиться с проблемами, присущими математике черных дыр, теоретики выдвинули гипотезу о целой серии звездообразных объектов. В 2003 году ученые заявили, что черные дыры на самом деле не являются сингулярностями, как считалось ранее, а представляют собой экзотический тип звезд, названный «магнитосферным вечно коллапсирующим объектом» (MVCO, MECO). Модель MVCO – это попытка решить теоретическую проблему: материя коллапсирующей черной дыры, кажется, движется быстрее скорости света.

MVCO формируется как обычная черная дыра. Гравитация преодолевает материю, и материя начинает схлопываться сама в себя. Но в MVCO излучение от столкновения частиц создает внутреннее давление, подобное давлению, возникающему в процессе плавления в ядре звезды. Это позволяет MVCO оставаться абсолютно стабильным. Он никогда не образует горизонт событий и никогда не разрушается полностью. Черные дыры в конечном итоге схлопнутся в себя и испарятся, но коллапс MVCO займет бесконечное количество времени. Следовательно, он находится в состоянии вечного коллапса.

Теории MVCO решают многие проблемы черных дыр, включая информационную проблему. Поскольку MVCO никогда не разрушается, проблема уничтожения информации отсутствует, как в случае с черной дырой. Какими бы прекрасными ни были теории MVKO, физическое сообщество встречает их с большим скептицизмом. Квазары считаются черными дырами, окруженными светящимся аккреционным диском. Астрономы надеются найти квазар с точными магнитными свойствами MVCO. Пока ничего не найдено, но, возможно, новые телескопы, изучающие черные дыры, прольют свет на эту теорию. Между тем, MVKO остается интересным решением проблем черных дыр, но далеко не ведущим кандидатом.

Звезды населения III

10 странных теоретических звезд

Мы уже обсуждали замороженные звезды, которые появятся ближе к концу Вселенной, когда все станет слишком металлическим для образования горячих звезд. Но как насчет звезд на другом конце спектра? Эти звезды, образованные из первичных газов, оставшихся после Большого взрыва, называются звездами населения III. Диаграмма звездного населения была введена Вальтором Бааде в 1940-х годах и описывала содержание металлов в звезде. Чем старше население, тем выше содержание металлов. Долгое время существовало только две популяции звезд (с логичным названием «Население I» и «Население II»), но современные астрофизики начали серьезный поиск звезд, которые должны были существовать вскоре после Большого взрыва.

Читайте также:  В небе над Землей скоро появится комета, она будет как 4 полных Луны по размеру

В этих звездах не было тяжелых элементов. Они полностью состояли из водорода и гелия с вкраплениями лития. Звезды населения III были абсурдно яркими и огромными, больше, чем многие современные звезды. Их стройки не только синтезировали общие элементы, но и подпитывались реакциями аннигиляции темной материи. Они также жили очень мало, всего несколько миллионов лет. В конце концов, весь водород и гелий этих звезд закончились, они использовали элементы тяжелых металлов для синтеза и взорвались, разбросав тяжелые элементы по всей Вселенной. Ничего в молодой вселенной не сохранилось.

Но если ничего не сохранилось, зачем нам об этом думать? Астрономы очень заинтересованы в звездах населения III, поскольку они позволят нам лучше понять, что произошло во время Большого взрыва и как развивалась молодая Вселенная. И скорость света поможет астрономам в этом. Учитывая постоянную величину скорости света, если астрономы смогут найти невероятно далекую звезду, они, по сути, будут оглядываться назад во времени. Группа астрономов из Института астрофизики и космических наук пытается увидеть самые далекие от Земли галактики, которые мы пытались увидеть. Свет от этих галактик должен был появиться через несколько миллионов после Большого взрыва и может содержать звездный свет от населения III. Изучение этих звезд позволит астрономам оглянуться назад во времени. Кроме того, изучение звезд населения III также покажет нам, откуда мы пришли. Эти звезды были одними из первых, кто засеял Вселенную элементами, которые дают жизнь и необходимы для человеческого существования.

Квазизвезда

10 странных теоретических звезд

Не следует путать с квазаром (объектом, который выглядит как звезда, но не является), квазизвезда – это теоретический тип звезды, который может существовать только в молодой Вселенной. Как и OTZ, о котором мы говорили выше, квазизвезда должна была быть звездой каннибала, но вместо того, чтобы скрывать другую звезду в центре, она скрывает черную дыру. Квазизвезды должны были образоваться из массивных звезд населения III. Когда обычные звезды коллапсируют, они становятся сверхновыми и оставляют черную дыру. В квазизвездах плотный внешний слой ядерного материала поглотит всю энергию, которая уходит из коллапсирующего ядра, останется на месте и не станет сверхновой. Внешняя оболочка звезды останется нетронутой, а внутренняя оболочка образует черную дыру.

Подобно современной термоядерной звезде, квазизвезда достигла бы равновесия, хотя ее поддерживало бы нечто большее, чем просто термоядерная энергия. Энергия, излучаемая ядром, черной дырой, создаст давление, чтобы противодействовать гравитационному коллапсу. Квазизвезда будет питаться материей, попадающей во внутреннюю черную дыру, и выделять энергию. Из-за этой мощной излучаемой энергии квазизвезда будет невероятно яркой и в 7000 раз массивнее Солнца.

В конце концов, однако, квазизвезда потеряет внешнюю оболочку примерно через миллион лет, оставив только огромную черную дыру. Астрофизики предположили, что древние квазизвезды были источником сверхмассивных черных дыр в центре большинства галактик, включая нашу. Млечный Путь мог начаться с одной из этих экзотических и необычных древних звезд.

Преонная звезда

10 странных теоретических звезд

Философы веками спорили о наименьшем возможном делении материи. Наблюдая за протонами, нейтронами и электронами, ученые думали, что они нашли основную структуру Вселенной. Но по мере развития науки обнаруживалось все меньше и меньше частиц, и нашу концепцию Вселенной пришлось пересмотреть. Гипотетически разделение могло продолжаться бесконечно, но некоторые теоретики считают преоны мельчайшими частицами в природе. Преон – точечная частица, не имеющая пространственного расширения. Физики часто описывают электроны как точечные частицы, но это традиционная модель. Электроны действительно имеют расширение. Теоретически у преона этого нет. Они могут быть самыми элементарными субатомными частицами.

Хотя исследования преонов в настоящее время не в моде, это не мешает ученым обсуждать, как могут выглядеть преоны. Преонические звезды были бы чрезвычайно маленькими, размером между горошину и футбольный мяч. Масса, заключенная в этом крошечном объеме, будет равна массе Луны. Прононные звезды были бы легкими по астрономическим стандартам, но намного плотнее, чем нейтронные звезды, самые плотные из наблюдаемых объектов.

Эти крошечные звезды будет очень трудно увидеть из-за гравитационного линзирования и гамма-лучей. Из-за их неприметной природы некоторые теоретики считают предложенные доонные звезды кандидатами на темную материю. Тем не менее, ученые-ускорители частиц в первую очередь заинтересованы в бозоне Хиггса, а не в поисках преонов, поэтому их существование будет или не будет подтверждено очень скоро.

Читайте также:  Из американского сегмента МКС по-прежнему уходит воздух

Звезда Планка

10 странных теоретических звезд

Один из самых больших вопросов о черных дырах: как они выглядят изнутри? На эту тему опубликовано бесчисленное количество книг, фильмов и статей, от фантастических рассуждений до самых суровых и точных научных исследований. И до сих пор нет единого мнения. Центр черной дыры часто описывают как сингулярность с бесконечной плотностью и без пространственных измерений, но что это на самом деле означает? Современные теоретики пытаются обойти это расплывчатое описание и выяснить, что на самом деле происходит в черной дыре. Из всех теорий одной из самых интересных является гипотеза о том, что в центре черной дыры есть звезда, называемая звездой Планка.

Предложенная звезда Планка была первоначально задумана, чтобы разрешить информационный парадокс черной дыры. Если вы думаете о черной дыре как о точке сингулярности, у нее будет неприятный побочный эффект: информация будет уничтожена, проникая в черную дыру, нарушая законы сохранения. Однако наличие звезды в центре черной дыры решает проблему, а также помогает с вопросами о горизонте событий черной дыры.

Как вы уже догадались, звезда Планка – странная вещь, которая, тем не менее, поддерживается обычным ядерным синтезом. Его название происходит от того факта, что эта звезда будет иметь плотность энергии, близкую к плотности энергии Планка. Плотность энергии – это мера энергии, содержащейся в области космоса, а планковская плотность – это огромное число: 5,15 x 10 ^ 96 килограммов на кубический метр. Это много энергии. Теоретически такое количество энергии могло быть во Вселенной сразу после Большого взрыва. К сожалению, мы никогда не увидим звезду Планка, если она находится внутри черной дыры, но эта гипотеза позволяет нам разрешить ряд астрономических парадоксов.

Пушистый клубок

Физики любят придумывать забавные названия для сложных идей. Пушистый Шар – самое симпатичное название для смертоносной области космоса, которая может убить вас мгновенно. Теория мягкого шара возникла из попытки описать черную дыру, используя идеи теории струн. По сути, пушистый шар – не настоящая звезда в том смысле, что это не огненный плазменный миазм, подпитываемый термоядерным синтезом. Скорее, это область запутанных струн энергии, поддерживаемых их собственной внутренней энергией.

Как упоминалось ранее, основная проблема с черными дырами заключалась в понимании того, что внутри них. Эта серьезная проблема является как экспериментальной, так и теоретической головоломкой. Стандартные теории черных дыр приводят к ряду противоречий. Стивен Хокинг показал, что черные дыры испаряются, а это означает, что любая информация, которую они содержат, будет потеряна навсегда. Модели черных дыр показывают, что их поверхность представляет собой высокоэнергетический «брандмауэр», испаряющий входящие частицы. Что еще более важно, квантово-механические теории не работают в применении к сингулярности черной дыры.

Мягкий мяч решает эти проблемы. Чтобы понять, что это за пушистый шар, представьте, что вы живете в двухмерном мире, как на листе бумаги. Если кто-то поместит цилиндр на бумагу, мы будем воспринимать его как двумерный круг, хотя этот объект на самом деле существует в трех измерениях. Мы можем представить себе, что в нашей вселенной существуют высокомерные структуры; в теории струн они называются бранами. Если бы существовали многомерные браны, мы бы воспринимали их только нашими четырехмерными чувствами и математикой. Теоретики струн предположили, что то, что мы называем черной дырой, на самом деле является нашим низкоразмерным восприятием многомерной струнной структуры, которая пересекает наше четырехмерное пространство-время. Тогда черная дыра не будет сингулярностью; это будет просто пересечение нашего пространства-времени с многомерными струнами. Этот перекресток – пушистый шар.

Все это кажется тайным и вызывает много вопросов. Однако, если черные дыры на самом деле представляют собой мягкие клубки, они разрешат множество парадоксов. У них также будут немного другие характеристики, чем у черных дыр. Вместо одномерной особенности у пушистого шара есть определенный объем. Но, несмотря на определенный объем, у него нет точного горизонта событий, его границы «мягкие». Это также позволяет физикам описывать черную дыру, используя принципы квантовой механики. В любом случае, пушистый клубок – забавное название, разбавляющее наш строгий научный язык.

Один источник

Оцените статью
Добавить комментарий