10 konstiga teoretiska stjärnor

Människor har fascinerats av stjärnor sedan tidig historia. Med modern vetenskap vet vi mycket om stjärnorna, inklusive deras olika typer och strukturer. Kunskap om detta ämne utvecklas fortfarande, och astrofysiker har föreslagit en mängd teoretiska stjärnor som kan finnas i vårt universum. Tillsammans med de teoretiska stjärnorna är stjärnliknande föremål, astronomiska strukturer som ser ut som uppträdande som stjärnor men har inte de vanliga egenskaper som vi tillskriver stjärnor, främst den kemiska strukturen och fusionsenergikällan. Föremålen på denna lista ligger i kanten av fysisk forskning och har inte observerats direkt ... än.

10 Quark Star

En stjärna i slutet av sitt liv kan kollapsa in i ett svart hål, en vit dvärg eller en neutronstjärna. Om stjärnan är tillräckligt tät innan den bryts ut i en supernova, kommer den stjärnliga resten att bilda en neutronstjärna. När detta händer blir stjärnan extremt het och tät. Med så mycket materia och energi försöker stjärnan att kollapsa in sig och bilda en singularitet, men de fermioniska partiklarna i mitten (i detta fall neutroner) följer Pauli-principen om uteslutning. Detta innebär att neutronerna inte kan komprimeras i samma kvanttillstånd, så de trycker tillbaka mot kollapsande materia och når jämvikt.

Under årtionder antog astronomer att en neutronstjärna skulle ligga i jämvikt. Men som kvantteori blev mer utvecklad föreslog astrofysiker en ny typ av stjärna som skulle inträffa när neutronkärnans degenerativa tryck misslyckades. Detta kallas en kvarkstjärna. När trycket från stjärnmassan ökar, bryter neutronerna upp i deras beståndsdelar upp och ner kvarker, vilka under starkt tryck och energi skulle kunna existera fritt istället för att koppla för att producera hatroner som protoner och neutroner. Termed "märklig materia", denna soppa av kvarkar skulle vara otroligt tät, mer än en vanlig neutronstjärna.

Astrofysiker diskuterar fortfarande hur exakt dessa stjärnor skulle bilda. Vissa teorier anger att de uppstår när massan av en kollapsande stjärna ligger mellan den nödvändiga massan för att bilda ett svart hål eller en neutronstjärna. Andra forskare har teoretiserat mer exotiska mekanismer. En ledande teori är att kvarkstjärnor bildas när täta paket av tidigare existerande främmande materia som är inslagna i svagt interagerande massiva partiklar (eller WIMP) kolliderar med en neutronstjärna, seder kärnan med konstig materia och börjar omvandlingen. Om detta inträffar skulle neutronstjärnan hålla en "skorpa" av neutronstjärnmaterialet, vilket gör att det verkar som en neutronstjärna, samtidigt som den har en underlig materiell kärna. Även om inga kvarkstjärnor har hittats, kan många av neutronstjärnorna som observerats i hemlighet vara kvarkstjärnor.

9 Electroweak Star

Medan kvarkstjärnan verkar vara den sista etappen av en stjärnas liv innan den dör och blir ett svart hål, har fysiker nyligen föreslagit ytterligare en teoretisk stjärna som kan existera mellan en kvarkstjärna och ett svart hål. Kallas electroweakstjärnan, den här teoretiska typen skulle kunna bibehålla jämvikt på grund av de komplexa interaktionerna mellan den svaga nukleära kraften och den elektromagnetiska kraften, gemensamt känd som elektrovågkraften.

I en electroweak-stjärna skulle trycket och energin från stjärnans massa pressa ner kvarkstjärnans kärna av konstig materia. När energin intensifieras, blandar de elektromagnetiska och svaga atomstyrkorna, och ingen skillnad kvarstår mellan de två krafterna. Med denna energinivå upplöses kvarkerna i kärnan i leptoner, som elektroner och neutrinor. Det mesta av den märkliga materien skulle förvandlas till neutrinor, och den frigjorda energin skulle ge tillräckligt med utåt kraft för att stoppa stjärnakollapset.

Forskare är intresserade av att hitta en electroweak stjärna, eftersom kärnans egenskaper inte skulle vara annorlunda än det tidiga universet en miljardedel av en sekund efter big bang. På den tiden i vårt universums historia fanns ingen skillnad mellan svag kärnkraft och elektromagnetisk kraft. Det har visat sig svårt att formulera teorier om den tiden, så att hitta en elektroweakstjärna skulle ge en enorm ökning till kosmologisk forskning.

En electroweak-stjärna skulle också vara en av de tätaste objekten i universum. Kärnan i en electroweak stjärna skulle vara storleken på ett äpple men innehålla massan av två jordar, vilket gör den tätare än någon tidigare observerad stjärna.

8 Thorne-Zytkow Objekt

1977 publicerade Kip Thorne och Anna Zytkow ett papper som beskriver en ny typ av stjärna som heter Thorne-Zytkow Object (TZO). En TZO är en hybridstjärna bildad av kollisionen mellan en röd supergiant och en liten, tät neutronstjärna. Eftersom en röd supergiant är en extremt stor stjärna, skulle neutronstjärnan ta hundratals år för att bara bryta mot sin inre atmosfär. Som det fortsätter att gräva in i stjärnan, kommer orbitalcentret (kallat barycenteret) av de två stjärnorna att röra sig mot mitten av supergianten. Så småningom kommer de två stjärnorna att slå samman och orsaka en stor supernova och så småningom ett svart hål.

När det observerades skulle TZO initialt se ut som en typisk röd supergiant. TZO skulle dock ha en mängd ovanliga egenskaper för en röd supergiant. Inte bara skulle dess kemiska sammansättning vara något annorlunda, men den burrowing-neutronstjärnan skulle orsaka radiovågsprängningar inifrån. Att hitta en TZO är extremt svårt på grund av hur subtilt det skiljer sig från en vanlig röd supergiant. Dessutom skulle en TZO sannolikt inte bildas i vårt galaktiska grannskap, utan snarare närmare mittpunkten i Vintergatan, där stjärnorna är närmare packade.

Det har ändå inte hindrat astronomer från att leta efter en kannibal stjärna, och i 2014 meddelades att den övertygande HV 2112 var en möjlig TZO.Forskare fann att HV 2112 har en ovanligt stor mängd metalliska element för en röd supergiant. Den kemiska sminken av HV 2112 matchar vad Thorne och Zytkow teoretiserades på 1970-talet, så astronomer överväger det en stark kandidat för den första observerade TZO. Mer forskning krävs, men det är spännande att tro att mänskligheten kanske har hittat sin första kannibala stjärna.

7 Fryst stjärna

En standardstjärna säkrar vätebränsle för att skapa helium och stöder sig med det yttre trycket i denna process. Vätet kan dock inte vara för evigt, och så småningom måste stjärnan bränna tyngre element. Tyvärr är den energi som frigörs från dessa tyngre element inte lika mycket som väte, och stjärnan börjar svalna. När stjärnan så småningom går supernova, fröser den universum med metallelementen som kommer att spela en roll för att bilda nya stjärnor och planeter. När universum går framåt i tid exploderar allt fler stjärnor. Astrofysiker har visat att när universum blir äldre kommer dess totala metallinnehåll att öka.

Tidigare hade stjärnorna nästan ingen metall i dem, men i framtiden kommer stjärnorna att ha ett mycket ökat metallinnehåll. När universum åldras kommer nya och ovanliga typer av metallstjärnor att bildas, inklusive den hypotetiska frusna stjärnan. Denna typ av stjärna föreslogs på 1990-talet. Med en överflöd av metall i universum skulle nybildande stjärnor behöva en mycket lägre temperatur för att bli en huvudsekvensstjärna. De minsta stjärnorna, med 0,04 stjärnmassor (omkring Jupiter-massan) kan bli huvudföljd genom att upprätthålla kärnfusion vid endast 0 grader (32 ° F). De skulle vara frysta och omgivna av moln av frusen is. Under den avlägsna tiden kommer dessa frusna stjärnor att ersätta de flesta vanliga stjärnorna i ett kallt och tråkigt universum.

6 Magnetospheric Eternally Collapsing Object

https://www.youtube.com/watch?v=_X-XNCjBJp8
Det borde inte vara någon överraskning att det finns många förvirrande egenskaper och paradoxer som involverar svarta hål. För att hantera de problem som är inneboende i svarthålematematik har teoretiker föreslagit en rad stjärnliknande föremål. År 2003 föreslog forskare att svarta hål inte är egentligen singulariteter, som allmänt tänkt, men är en exotisk typ av stjärna som kallas magnetosfäriska evigt kollapsande föremålet (MECO). MECO-modellen är ett försök att hantera det teoretiska problemet att frågan om ett kollapsande svart hål verkar vara att resa snabbare än ljusets hastighet.

En MECO bildar precis som ett normalt svart hål. Materiet övervinns av tyngdkraften och börjar kollapsa i sig själv. I en MECO skapar emellertid strålningen som produceras av kolliderande subatomära partiklar ett yttre tryck, inte i motsats till det tryck som orsakas av fusion i en stjärnas kärna. Detta gör att MECO kan förbli relativt stabil. Det bildar aldrig en händelsehorisont och kollapsar aldrig helt. Svarta hål slocknar så småningom på sig själva och förångas, men en MECO skulle ta oändlig tid att kollapsa. Således går det in i ett tillstånd av evigt sammanfaller.

MECO-teorier löser många problem med svarta hål, inklusive informationen. Eftersom en MECO aldrig kollapser, har den inte problem med informationsförstöring som ett svart hål. Men spännande MECO-teorier kan vara, de har mötts med mycket skepticism i fysikgemenskapen. Quasars antas generellt vara svarta hål omgivna av en ljuskälla, så astronomer har försökt hitta en kvasar med de exakta magnetiska egenskaperna hos en MECO. Ingen har visat sig slutgiltigt, men nya teleskop som letar efter svarta hål bör kasta mer ljus på teorin. För närvarande är MECO en intressant lösning på svarta hålproblem, men inte en ledande kandidat.

5 Befolkning III Star

Vi har redan pratat om frusna stjärnor som finns i slutet av universum, när allting har blivit alltför metalliskt för att heta stjärnor ska bildas. Men hur är det med stjärnor i andra änden av spektrumet? Dessa stjärnor, som består av den primordiala gasen kvar från big bang, kallas Population III stjärnor. Stjärnpopulationen planerades av Walter Baade på 1940-talet och beskrev metallinnehållet i en stjärna. Ju högre befolkningen desto högre metallinnehåll. Under den längsta tiden fanns det bara två populationer av stjärnor (logiskt benämnt Population I och Population II), men moderna astrofysiker har påbörjat allvarlig forskning om stjärnorna som måste ha funnits strax efter big bang.

Dessa stjärnor hade inga tungare element i dem. De var sammansatta helt av väte och helium, med möjliga spårmängder litium. Befolkning III stjärnor var absurt ljusa och gigantiska, större än de flesta aktuella stjärnorna. Deras kärna skulle inte bara säkra normala element, utan också drivas av försvinnande reaktioner med mörk materia. De var också extremt kortlivade, varade bara cirka två miljoner år. Så småningom brände dessa stjärnor alla sina väte- och heliumbränsle, började smälta bränslet i tyngre metallelement och exploderade och spridda sina tungare element över hela universum. Ingen överlevde det tidiga universum.

Om ingen överlevde, varför bryr vi oss ens om dem? Astronomer är mycket intresserade av befolkning III stjärnor eftersom de kommer att göra det möjligt för oss att få en bättre förståelse för vad som hände i big bang och hur det tidiga universum utvecklades. I detta försök är ljusets hastighet en astronoms vän. Med tanke på det konstanta värdet av ljushastighet, om astronomer kan hitta extremt avlägsna stjärnor, ser de faktiskt tillbaka i tiden. Ett team av astronomer från Institutet för astrofysik och rymdvetenskap försöker titta på galaxer längre bort från jorden än någonsin försökte.Ljuset från dessa galaxer skulle vara från bara några miljoner år efter big bang och kunde innehålla ljuset från befolkning III stjärnor. Att studera dessa stjärnor gör det möjligt för astronomer att se tillbaka i tiden. Utöver det visar vi också på befolkningen III-stjärnor var vi kom ifrån. De tidiga stjärnorna är de som sådde universum med de livgivande elementen som är nödvändiga för människans existens.

4 kvasi-stjärna

För att inte förväxlas med en quasar (ett objekt som ser ut som en stjärna men egentligen inte är det) är kvasi-stjärnan en teoretisk typ av stjärna som bara kunde existera i det tidiga universum. Liksom den ovan nämnda TZO skulle kvasi-stjärnan ha varit en kannibal stjärna, men istället för att ha en annan stjärna i mitten hade den ett svart hål. Quasi-stjärnor skulle ha bildats från massiva befolkning III-stjärnor. När normala stjärnor kollapser, går de supernova och lämnar ett svart hål. I en kvasi-stjärna skulle det täta ytterskiktet av kärnmaterial ha absorberat energiblottet från kärnkollapset och stannade på plats utan att gå supernova. Stjärnans yttre skal skulle förbli intakt, medan insidan bildade ett svart hål.

Liksom en modern fusionsbaserad stjärna skulle kvasi-stjärnan nå en jämvikt, även om den skulle ha bibehållits av mer än fusionsenergin. Den energi som emitteras från den svarta hålkärnan skulle ha gett det yttre trycket att motstå gravitationskollaps. En kvasi-stjärna skulle ha matats genom att materia faller in i det inre svarta hålet och frigör energi. På grund av den massiva energifrisättningen hade en kvasi-stjärna varit extremt ljus och omkring 7000 gånger mer massiv än solen.

Så småningom skulle en kvasi-stjärna emellertid förlora sitt yttre skal efter omkring en miljon år, och lämnade bara ett massivt svart hål. Astrofysiker har teoretiserat att antika kvasi-stjärnor var källan till de supermassiva svarta hålen i de flesta galaxernas centrum, inklusive våra. Vintergatan kunde ha börjat som en av dessa exotiska och ovanliga gamla stjärnor.

3 Preon Star

Filosofer genom tiderna har argumenterat för vad som är den minsta möjliga uppdelningen av materia. Med observation av protoner, neutroner och elektroner trodde forskare att de hade hittat universums underliggande struktur. Men som vetenskapen marscherade framåt, fanns mindre och mindre partiklar, som har återfunnit vår uppfattning om vårt universum. Hypotetiskt kan detta fortsätta för evigt, men vissa teoretiker har föreslagit preonen som den minsta biten av naturen. Ett preon är en punktpartikel, som inte har någon rumslig dimension. Ofta kommer fysiker att beskriva partiklar som en elektron som en punktpartikel, men det är bara en bekväm modell. Elektroner har faktiskt dimension. Teoretiskt sett gör ett föron inte. De skulle vara den mest grundläggande subatomiska partikeln.

Även om preonforskning inte för närvarande är på mode, har det inte stoppat forskare från att diskutera vad en stjärna av preoner skulle se ut. Preon stjärnor skulle vara extremt små, sträcker sig i storlek någonstans mellan en ärt och en fotboll. Förpackad i det lilla området skulle vara månens massa. Preon stjärnor skulle vara ljusa av astronomiska standarder men mycket tätare än neutronstjärnor, det tätaste observerade objektet.

Dessa små stjärnor skulle vara extremt svåra att se och skulle bara vara synliga genom att observera gravitationslinsering och gammastrålning. På grund av sin oupptäckbara natur har vissa teoretiker föreslagit preonstjärnor som kandidater för mörk materia. Forskare vid partikelacceleratorer fokuserar på Higgs bosonpartikelforskning istället för att leta efter preoner, så det kommer att vara lång tid innan förekomsten av preonen bevisas eller bestraffas och en ännu längre tid innan vi hittar en stjärna av dem.

2 Planck Star

En av de mest intressanta frågorna om svarta hål är hur är de på insidan. Otaliga filmer, böcker och papper har publicerats i denna fråga, allt från fantastiska till högvetenskapliga. Det finns ingen konsensus i fysikgemenskapen. Ofta beskrivs mitt i ett svart hål som en singularitet med oändlig densitet och ingen rumslig dimension, men vad betyder det egentligen? Moderna teoretiker försöker komma över den vaga beskrivningen och få reda på vad som händer i ett svart hål. Av alla teorier är en av de mest fascinerande att mitten av ett svart hål faktiskt innehåller en stjärna som kallas en Planck-stjärna.

Motivationen bakom Planckstjärnan är att lösa information om paradoxen i svart hål. Om ett svart hål betraktas som bara en punkt singularitet, så har den olyckliga bieffekten av att information förstörs när den kommer in i det svarta hålet, bryter mot bevarandelagar. Att ha en stjärna mitt i ett svart hål löser dock detta problem och hjälper till att hantera problem på händelsehorisonten hos ett svart hål.

Som du kan gissa är en Planck-stjärna ett konstigt djur, även om det stöds av normal kärnfusion. Dess namn kommer från det faktum att stjärnan skulle ha en energitäthet nära Planckdensiteten. Energitäthet är ett mått på energin i ett område i rymden, och Planckdensitet är ett stort antal: 5,15 x 10 kg per kubikmeter. Det är mycket energi. Teoretiskt sett är det hur mycket energi som finns i universum strax efter big bang. Tyvärr skulle vi aldrig kunna se en Planck-stjärna om den bodde inom ett svart hål, men det är en intressant idé att lösa olika astronomiska paradoxer.

1 Fuzzball

Fysiker älskar att komma med roliga namn för komplexa idéer. "Fuzzball" är det sötaste namnet någonsin givit till en region av dödligt utrymme som kan döda dig omedelbart. Fuzzball teori kommer från försöket att beskriva ett svart hål med hjälp av strängteoriens idéer.Som sådan är en fuzzball inte en sann stjärna i den meningen att det inte är en miasma av glödande plasma som stöds av termonukleär fusion. Snarare är det en region av instängda energisträngar som stöds av sin egen inre energi.

Som nämnts ovan är ett nyckelproblem med svarta hål att räkna ut vad som finns inom dem. Detta djupa problem är både ett observations- och teoretiskt mysterium. Standard svarthålsteorier leder till en rad motsättningar. Stephen Hawking visade att svarta hål förångas, vilket innebär att all information i dem är förlorad för alltid. Modeller av det svarta hålet visar att dess yta är en högeffektiv "brandvägg" som förångar inkommande partiklar. Viktigast, teorierna för kvantmekanik fungerar inte när de appliceras på en svart hål singularitet.

Fuzzballs adresserar dessa bekymmer. För att förstå vad en fuzzball är, föreställ dig att vi bodde i en tvådimensionell värld som ett papper. Om någon lägger en cylinder på papperet skulle vi uppfatta det som en tvådimensionell cirkel, även om föremålet faktiskt existerar i tre dimensioner. Vi kan föreställa oss att högre dimensionella strukturer finns i vårt universum; I strängteori kallas dessa braner. Om en högdimensionell brane fanns, skulle vi bara uppleva den med våra fyrdimensionella sinnen och matematik. Stringteoretiker har föreslagit att det vi kallar ett svart hål är faktiskt bara vår lägre dimensionella uppfattning om en högre dimensionell strängstruktur som skär med vår fyrdimensionella rymdtid. Således är ett svart hål inte egentligen en singularitet; Det är bara korsningen av vår rymdtid med högre dimensionella strängar. Denna korsning är fuzzballen.

Det kan tyckas esoteriskt, och det är fortfarande varmt diskuterat. Men om svarta hål faktiskt är fuzzballs löser det många av paradoxerna. Det har också lite olika egenskaper än svarta hål. I stället för en endimensionell singularitet har fuzzball en bestämd volym. Men även om det har en bestämd volym, har den ingen exakt händelsehorisont, vilket gör kanterna "fuzzy". Det gör det också möjligt för fysiker att beskriva ett svart hål med kvantmekaniska principer. Plus, "fuzzball" är ett riktigt roligt namn att ha i vårt vetenskapliga språk.