10 mærkelige teoretiske stjerner

Mennesker har været fascineret af stjerner siden tidlig historie. Med moderne videnskab ved vi meget om stjernerne, herunder deres forskellige typer og strukturer. Viden om dette emne udvikler sig stadig, og astrofysikere har foreslået en række teoretiske stjerner, der kan eksistere i vores univers. Ved siden af ​​de teoretiske stjerner er stjernelignende genstande, astronomiske strukturer, som ser ud og opfører sig som stjerner, men har ikke de standardkarakteristika, som vi tilskriver stjerner, primært den kemiske struktur og fusionsenergikilden. Objekterne på denne liste er i forkant med fysisk forskning og er ikke blevet observeret direkte ... endnu.

10 Quark Star

En stjerne i slutningen af ​​sit liv kan falde sammen i et sort hul, en hvid dværg eller en neutronstjerne. Hvis stjernen er tilstrækkelig tæt, før den bryder ud i en supernova, vil stjernens overflade danne en neutronstjerne. Når dette sker, bliver stjernen ekstremt varm og tæt. Med så meget materie og energi forsøger stjernen at kollapse ind på sig selv og danne en singularitet, men de fermioniske partikler i midten (i dette tilfælde neutroner) overholder Pauli-udelukkelsesprincippet. Dette betyder, at neutronerne ikke kan komprimeres i samme kvante tilstand, så de skubber tilbage mod det sammenfaldende materiale og når ligevægt.

I årtier antog astronomer, at en neutronstjerne ville forblive i ligevægt. Men som kvantteori blev mere udviklet, foreslog astrofysikere en ny type stjerne, der ville opstå, da neutronkernens degenerative tryk mislykkedes. Dette kaldes en kvarkstjerne. Efterhånden som stjernemassens tryk stiger, bryder neutronerne sig op i deres bestanddele op og ned kvarker, som under intens tryk og energi ville kunne eksistere frit i stedet for at koble til at producere hadroner som protoner og neutroner. Udtrykt "mærkeligt stof", ville denne suppe af kvarker være utrolig tæt, mere end en normal neutronstjerne.

Astrofysikere diskuterer stadig over, hvor præcis disse stjerner ville danne sig. Nogle teorier siger, at de opstår, når massen af ​​en sammenfaldende stjerne er mellem den nødvendige masse for at danne et sort hul eller en neutronstjerne. Andre forskere har teoretiseret mere eksotiske mekanismer. En ledende teori er, at quarkstjerner dannes, når tætte pakker af allerede eksisterende mærkelige emner indpakket i svagt interaktive massive partikler (eller WIMP'er) kolliderer med en neutronstjerne, seder kernen med mærkeligt materiale og begynder transformationen. Hvis dette sker, ville neutronstjernen holde en "skorpe" af neutronstjernemateriale, der effektivt gør det til at virke som en neutronstjerne, mens den har en underlig materiekerne. Selvom der ikke er fundet nogen kvarkstjerner, kan mange af de neutronstjerner, der er observeret, i hemmelighed være kvarkstjerner.

9 Electroweak Star

Mens kvarkstjernen synes at være den sidste fase af en stjernes liv, inden den dør og bliver et sort hul, har fysikere for nylig foreslået endnu en teoretisk stjerne, der kunne eksistere mellem en kvarkstjerne og et sort hul. Kaldet electroweak-stjernen, ville denne teoretiske type kunne opretholde ligevægt på grund af de komplekse vekselvirkninger mellem den svage nukleare kraft og den elektromagnetiske kraft, samlet kendt som elektroveakstyrken.

I en electroweak-stjerne ville trykket og energien fra stjernens masse skubbe ned på quarkstjernens kerne af mærkeligt materiale. Efterhånden som energien intensiverer, blandes de elektromagnetiske og svage atomstyrker, og der er ingen forskel mellem de to kræfter. Med dette energiniveau opløses kvarkerne i kernen i leptoner, såsom elektroner og neutrinoer. Det meste af det mærkelige stof ville blive til neutrinos, og den frigivne energi ville give tilstrækkelig ydre kraft til at stoppe stjernernes sammenbrud.

Forskere er interesserede i at finde en elektroweak-stjerne, fordi kerneegenskaberne ikke ville være ulige det tidlige univers en milliardedel af et sekund efter big bang. På dette tidspunkt i vores universs historie var der ingen sondring mellem svag atomkraft og elektromagnetisk kraft. Det har vist sig vanskeligt at formulere teorier om den tid, så at finde en elektroweak-stjerne ville give et stort løft til kosmologisk forskning.

En electroweak-stjerne ville også være en af ​​de tætteste genstande i universet. Kernen i en electroweak-stjerne ville være størrelsen af ​​et æble, men indeholde massen af ​​to jordarter, hvilket gør det tættere end nogen tidligere observeret stjerne.

8 Thorne-Zytkow Objekt

I 1977 offentliggjorde Kip Thorne og Anna Zytkow et papir med detaljer om en ny type stjerne kaldet Thorne-Zytkow Object (TZO). En TZO er en hybridstjerne dannet af kollisionen mellem en rød supergiant og en lille, tæt neutronstjerne. Da en rød supergiant er en ekstremt stor stjerne, ville neutronstjernen tage flere hundrede år for kun at bryde sin indre atmosfære. Som det fortsætter med at grive ind i stjernen, vil orbitalcentret (kaldet barycenteret) af de to stjerner bevæge sig mod midten af ​​supergaven. Til sidst vil de to stjerner fusionere, forårsager en stor supernova og til sidst et sort hul.

Når det blev observeret, ville TZO oprindeligt ligne en typisk rød supergiant. Men TZO ville have en række usædvanlige egenskaber for en rød supergiant. Ikke alene ville dets kemiske sammensætning være lidt anderledes, men det burrowing-neutronstjernen ville forårsage radiobølger fra indersiden. At finde en TZO er ekstremt vanskelig på grund af hvor subtilt det adskiller sig fra en normal rød supergiant. Desuden vil en TZO sandsynligvis ikke danne sig i vores galaktiske kvarter, men snarere tættere på midten af ​​Mælkevejen, hvor stjernerne er tættere pakket.

Alligevel har det ikke stoppet astronomerne fra at søge efter en kannibal stjerne, og i 2014 blev det meddelt, at den overordnede HV 2112 var en mulig TZO.Forskere fandt, at HV 2112 har en usædvanlig stor mængde metalliske elementer til en rød supergiant. Den kemiske sminke af HV 2112 matcher hvad Thorne og Zytkow teoretiserede i 1970'erne, så astronomer overvejer det en stærk kandidat til den første observerede TZO. Mere forskning er påkrævet, men det er spændende at tro, at menneskeheden måske har fundet deres første kannibale stjerne.

7 Frosset stjerne

En standard stjerne sikrer brintbrændstof for at skabe helium og understøtter sig selv med det udadgående tryk i denne proces. Men hydrogenet kan ikke vare evigt, og til sidst skal stjernen brænde tungere elementer. Desværre er den energi, der frigives fra disse tungere elementer, ikke så meget som brint, og stjernen begynder at afkøle. Når stjernen til sidst går supernova, frøer den universet med de metalliske elementer, der vil være med til at danne nye stjerner og planeter. Da universet går frem i tiden, eksploderer flere og flere stjerner. Astrofysikere har vist, at når universet bliver ældre, vil dets samlede metalindhold stige.

Tidligere havde stjernerne næsten ingen metal i dem, men i fremtiden vil stjernerne have et stærkt forøget metalindhold. Som universet aldrer, vil nye og usædvanlige typer metalstjerner dannes, herunder den hypotetiske frosne stjerne. Denne type stjerne blev foreslået i 1990'erne. Med en overflod af metal i universet ville nydannende stjerner have brug for en meget lavere temperatur til at blive en hovedsekvensstjerne. De mindste stjerner med 0,04 stjernemasser (omkring Jupiter-massen) kunne blive hovedsekvens ved at opretholde nuklear fusion ved kun 0 grader (32 ° F). De ville være frosne og omgivet af skyer af frossen is. I den fjerne fremtid vil disse frosne stjerner erstatte de fleste almindelige stjerner i et koldt og kedeligt univers.

6 Magnetosfærisk evolverende objekt

https://www.youtube.com/watch?v=_X-XNCjBJp8
Det bør ikke komme som en overraskelse, at der er mange forvirrende egenskaber og paradokser, der involverer sorte huller. For at klare de problemer, der er forbundet med sort hulmatematik, har teoretikere foreslået en række stjernelignende objekter. I 2003 foreslog forskere, at sorte huller ikke er egentlige singulariteter, som generelt menes, men er en eksotisk type stjerne kaldet magnetosfæriske evigt sammenbrudte objekt (MECO). MECO-modellen er et forsøg på at håndtere det teoretiske problem, at spørgsmålet om et sammenfaldende sort hul ser ud til at rejse hurtigere end lysets hastighed.

En MECO danner ligesom et normalt sort hul. Materiet overvindes af tyngdekraften og begynder at falde sammen på sig selv. I en MECO skaber strålingen, der produceres af kolliderende subatomære partikler, et udadrettet tryk, der ikke er i modsætning til det tryk, der er forårsaget af fusion i en stjernes kerne. Dette gør det muligt for MECO at forblive relativt stabile. Det udgør aldrig en hændelseshorisont og falder aldrig helt sammen. Sorte huller falder til sidst ind i sig selv og fordampes, men en MECO ville tage en uendelig tid til at falde sammen. Således går det ind i en tilstand af evig sammenbrud.

MECO teorier løser mange problemer med sorte huller, herunder informationen. Fordi en MECO aldrig kollapser, har den ikke problemer med ødelæggelse af oplysninger som et sort hul. Men spændende MECO teorier kan være, de er blevet mødt med meget skepsis i fysik samfundet. Quasarer antages generelt at være sorte huller omgivet af en lysende accretion disk, så astronomer har forsøgt at finde en quasar med de præcise magnetiske kvaliteter af en MECO. Ingen er blevet fundet endeligt, men nye teleskoper, der leder efter sorte huller, bør kaste mere lys på teorien. For nu er MECO en interessant løsning på problemer med sorte huller, men ikke en førende kandidat.

5 Befolkning III Stjerne

Vi har allerede talt om frosne stjerner, der eksisterer i slutningen af ​​universet, når alting er blevet alt for metallisk til at skabe varme stjerner. Men hvad med stjerner i den anden ende af spektret? Disse stjerner, der består af den primordiale gas tilbage fra big bang, hedder Population III stjerner. Stjernepopulationen blev udarbejdet af Walter Baade i 1940'erne og beskrev metalindholdet i en stjerne. Jo højere befolkningen er, desto højere er metalindholdet. For længst var der kun to populationer af stjerner (logisk navngivet Population I og Population II), men moderne astrofysikere er begyndt seriøs forskning i stjernerne, der måtte have eksisteret lige efter big bang.

Disse stjerner havde ingen tungere elementer i dem. De var sammensat udelukkende af hydrogen og helium, med mulige spor af lithium. Befolkning III stjerner var absurde lyse og gigantiske, større end de fleste nuværende stjerner. Deres kerne vil ikke kun fusionere normale elementer, men også blive drevet af mørke materielle udslettende reaktioner. De var også ekstremt kortvarige og varede kun omkring to millioner år. Til sidst brændte disse stjerner alle deres brint- og heliumbrændstof, begyndte at smelte deres brændstof i tungere metalelementer og eksploderede og spredte deres tungere elementer over hele universet. Ingen overlevede det tidlige univers.

Hvis ingen overlevede, hvorfor bekymrer vi os selv om dem? Astronomer er meget interesserede i befolkning III stjerner fordi de vil give os mulighed for at få en bedre forståelse af, hvad der skete i big bang og hvordan det tidlige univers udviklede sig. I dette forsøg er lysets hastighed en astronomes ven. I betragtning af den konstante værdi af lyshastighed, hvis astronomer kan finde ekstremt fjerne stjerner, ser de faktisk tilbage i tiden. Et team af astronomer fra Institut for Astrofysik og Rumvidenskab forsøger at se på galakser længere væk fra jorden end nogensinde før forsøgt.Lyset fra disse galakser ville være fra kun få millioner år efter big bang og kunne indeholde lyset fra befolkning III stjerner. At studere disse stjerner vil give astronomer mulighed for at se tilbage i tiden. Udover det viser vi også, hvor vi kom fra, at studere befolkning III stjerner. Disse tidlige stjerner er dem, der udsåede universet med de livgivende elementer, der er nødvendige for menneskets eksistens.

4 kvasi-stjerne

For ikke at forveksles med en quasar (et objekt, der ligner en stjerne, men faktisk ikke er det), er kvasi-stjernen en teoretisk type stjerne, der kun kunne eksistere i det tidlige univers. Som den ovenfor nævnte TZO ville kvasi-stjernen have været en kannibal stjerne, men i stedet for at have en anden stjerne i midten havde den et sort hul. Quasi-stjerner ville have dannet sig fra massive befolkning III stjerner. Når normale stjerner kollapser, går de supernova og forlader et sort hul. I en kvasi-stjerne ville det tætte ydre lag af nukleart materiale have absorberet energispændingen fra kernekollapset og forblev på plads uden at gå supernova. Den ydre skal af stjernen ville forblive intakt, mens indersiden dannede et sort hul.

Som en moderne fusionsbaseret stjerne ville kvasi-stjernen nå en ligevægt, selv om den ville have været opretholdt af mere end fusionsenergien. Den energi, der udsendes fra den sorte hulkern, ville have givet det udadrettede pres for at modstå tyngdekraftbrud. En kvasi-stjerne ville have været fodret ved at materiel falder ind i det indre sorte hul og frigiver energi. På grund af den massive frigivelse af energi ville en kvasi-stjerne have været meget lyse og omkring 7.000 gange mere massive end Solen.

Til sidst vil en kvasi-stjerne miste sin ydre skal efter omkring en million år, hvilket kun efterlader et massivt sort hul. Astrofysikere har teoretiseret, at gamle quasi-stjerner var kilden til de supermassive sorte huller i centrene i de fleste galakser, herunder vores. Mælkevejen kunne have startet som en af ​​disse eksotiske og usædvanlige gamle stjerner.

3 Preon Star

Filosofer gennem tiderne har argumenteret for, hvad der er den mindste mulige opdeling af materien. Med observation af protoner, neutroner og elektroner troede forskere, at de havde fundet universets underliggende struktur. Men da videnskaben marcherede fremad, blev der fundet mindre og mindre partikler, som har genopfundet vores opfattelse af vores univers. Hypotetisk kunne dette fortsætte for evigt, men nogle teoretikere har foreslået præsten som den mindste del af naturen. En forgiftning er en punktpartikel, der ikke har nogen rumlig dimension. Ofte vil fysikere beskrive partikler som en elektron som en punktpartikel, men det er bare en bekvem model. Elektroner har faktisk dimension. Teoretisk set gør en forgift ikke. De ville være den mest grundlæggende subatomiske partikel.

Selvom præonforskning ikke er i øjeblikket på mode, har det ikke stoppet forskere fra at diskutere, hvad en stjerne lavet af præoner ville se ud. Preon stjerner ville være ekstremt små, der strækker sig i størrelse et sted mellem en ærter og en fodbold. Pakket i det lille område ville være månens masse. Preon stjerner ville være lys ved astronomiske standarder, men meget tættere end neutronstjerner, det tættest observerede objekt.

Disse små stjerner ville være yderst vanskelige at se og ville kun være synlige ved at observere gravitationslinsing og gamma ray-stråling. På grund af deres uopdagelige karakter har nogle teoretikere foreslået preonstjerner som kandidater til mørkt stof. Forskere ved partikelacceleratorer fokuserer imidlertid på Higgs bosonpartikelforskning i stedet for at lede efter præoner, så det vil vare lang tid, før forekomsten af ​​prædonen er bevist eller afvist og en endnu længere tid, før vi finder en stjerne lavet af dem.

2 Planck Star

Et af de mest interessante spørgsmål om sorte huller er, hvad er de på indersiden. Udallige film, bøger og papirer er blevet offentliggjort om dette problem, lige fra det fantastiske til det meget videnskabelige. Der er ingen konsensus i fysiksamfundet. Ofte beskrives midten af ​​et sort hul som en singularitet med uendelig tæthed og ingen rumlig dimension, men hvad betyder det egentlig? Moderne teoretikere forsøger at komme forbi den vage beskrivelse og faktisk finde ud af, hvad der sker i et sort hul. Af alle teorierne er en af ​​de mest fascinerende, at midten af ​​et sort hul faktisk indeholder en stjerne kaldet en Planck-stjerne.

Motiveringen bag Planck-stjernens forslag er at løse det svarte hul informationsparadox. Hvis et sort hul kun betragtes som en singularitet, så har den den uheldige bivirkning af, at informationen bliver ødelagt, når den kommer ind i det sorte hul, overtræder bevaringslovgivningen. Men at have en stjerne midt i et sorte hul løser dette problem og hjælper med at håndtere problemer på et black hole eventhorisont.

Som du måske gæt, er en Planck-stjerne et mærkeligt dyr, selvom det understøttes af normal nuklear fusion. Dets navn kommer fra, at stjernen ville have en energitæthed nær Planck tætheden. Energitæthed er et mål for energien i et område af rummet, og Planck densitet er et stort antal: 5,15 x 10 kg pr. Kubikmeter. Det er meget energi. Teoretisk set er det, hvor meget energi der var indeholdt i universet lige efter big bang. Desværre ville vi aldrig kunne se en Planck-stjerne, hvis den var bosiddende i et sort hul, men det udgør en interessant ide at løse forskellige astronomiske paradoxer.

1 Fuzzball

Fysikere elsker at komme med sjove navne til komplekse ideer. "Fuzzball" er det sødeste navn nogensinde givet til et område med dødbringende rum, der kunne myrde dig straks. Fuzzball teori kommer fra forsøget på at beskrive et sort hul ved hjælp af ideerne om strengteori.Som sådan er en fuzzball ikke en sand stjerne i den forstand, at det ikke er en miasma af glødelamper, der understøttes af termonuklear fusion. Det er snarere et område af indviklede energistrenger understøttet af deres egen indre energi.

Som nævnt ovenfor er et nøgleproblem med sorte huller at finde ud af, hvad der er inde i dem. Dette dybe problem er både et observatorisk og teoretisk mysterium. Standard black hole teorier fører til en række modsigelser. Stephen Hawking viste, at sorte huller fordampede, hvilket indebærer at enhver information i dem er tabt for evigt. Modeller af det sorte hul viser, at overfladen er en høj-energi "firewall", som fordamper indkommende partikler. Vigtigst er det, at kvantemekanikkens teorier ikke virker, når de anvendes på et sort huls singularitet.

Fuzzballs løser disse bekymringer. For at forstå, hvad en fuzzball er, forestille vi, at vi boede i en todimensionel verden som et stykke papir. Hvis nogen lægger en cylinder på papiret, ville vi opfatte det som en todimensionel cirkel, selv om objektet rent faktisk eksisterer i tre dimensioner. Vi kan forestille os, at der findes højere dimensionelle strukturer i vores univers; i strengteori kaldes disse braner. Hvis der eksisterede et højere dimensionelt bran, ville vi kun opfatte det med vores firedimensionelle sanser og matematik. Stringteoretikere har foreslået, at det, vi kalder et sort hul, faktisk kun er vores underdimensionelle opfattelse af en højere dimensionel strengstruktur, der skærer vores firedimensionelle rumtid. Således er et sort hul ikke rigtig en singularitet; det er bare skæringspunktet mellem vores rumtid med højere dimensionelle strenge. Dette skæringspunkt er fuzzballen.

Det kan virke esoterisk, og det er stadig varmt diskuteret. Men hvis sorte huller faktisk er fuzzballs, løser det mange af paradokserne. Det har også lidt anderledes egenskaber end sorte huller. I stedet for en endimensionel singularitet har fuzzball et bestemt volumen. Men selvom det har et bestemt volumen, har det ingen præcis hændelseshorisont, hvilket gør kanterne "fuzzy." Det giver også fysikere mulighed for at beskrive et sort hul ved hjælp af kvantemekaniske principper. Plus, "fuzzball" er et rigtig sjovt navn at have i vores videnskabelige sprog.