Stelele au fascinat oamenii din vremuri imemoriale. Datorită științei moderne, știm destul de multe despre stele, despre diferitele tipuri și structuri ale acestora. Cunoașterea acestui subiect este actualizată și perfecționată constant; astrofizicienii speculează o serie de stele teoretice care pot exista în universul nostru. Alături de stelele teoretice, există și obiecte asemănătoare stelelor, structuri astronomice care arată și se comportă ca niște stele, dar care nu au caracteristicile standard pe care le descriem ca stele. Obiectele din această listă sunt în pragul cercetării fizice și nu au fost observate direct … încă.
Steaua Quark
La sfârșitul vieții, o stea se poate prăbuși într-o gaură neagră, o pitică albă sau o stea cu neutroni. Dacă steaua este suficient de densă înainte de a trece la supernova, rămășițele stelare vor forma o stea cu neutroni. Când se întâmplă acest lucru, steaua devine extrem de fierbinte și densă. Cu o astfel de materie și energie, steaua încearcă să se prăbușească în sine și să formeze o singularitate, dar particulele fermionice din centru (în acest caz, neutroni) se supun principiului Pauli. Potrivit acestuia, neutronii nu pot fi comprimați în aceeași stare cuantică, astfel încât aceștia sunt respinși din materia care se prăbușește, ajungând la echilibru.
Timp de zeci de ani, astronomii au presupus că steaua neutronilor va rămâne în echilibru. Dar, pe măsură ce teoria cuantică s-a dezvoltat, astrofizicienii au propus un nou tip de stea care ar putea apărea dacă presiunea degenerativă a miezului de neutroni încetează. Se numește o stea cu quark. Pe măsură ce presiunea masei stelei crește, neutronii se descompun în componentele lor, quark-urile în sus și în jos, care, sub presiune ridicată și energie ridicată, ar putea exista în stare liberă, în loc să producă hadroni precum protoni și neutroni. Supranumită „materie ciudată”, această supă de quark ar fi incredibil de densă, mai densă decât o stea obișnuită cu neutroni.
Astrofizicienii continuă să discute despre cum s-ar fi putut forma aceste stele. Conform unor teorii, acestea apar atunci când masa stelei care se prăbușește se află între masa necesară pentru a forma o gaură neagră sau o stea cu neutroni. Alții sugerează mecanisme mai exotice. Teoria conducătoare este aceea că stelele quark se formează atunci când pachete dense de materie ciudată preexistentă înfășurate în particule slab interacționate (WIMPs) se ciocnesc cu o stea neutronă, însămânțându-și miezul cu materie ciudată și inițieând o transformare. Dacă se întâmplă acest lucru, steaua neutronilor va menține o „crustă” de material cu stele neutronice, continuând efectiv să arate ca o stea cu neutroni, dar în același timp deținând un nucleu de material ciudat. Deși nu am găsit încă stele de quark,multe dintre stelele neutronice observate ar putea fi în secret.
Video promotional:
Stele electroweak
În timp ce o stea de quark poate fi ultima etapă din viața unei stele înainte să moară și să devină o gaură neagră, fizicienii au propus recent o altă stea teoretică care ar putea exista între o stea de quark și o gaură neagră. O așa-numită stea electroweak ar putea menține echilibrul printr-o interacțiune complexă între forța nucleară slabă și forța electromagnetică cunoscută sub denumirea de forța electroweak.
Într-o stea electroweak, presiunea și energia din masa stelei ar apăsa pe miezul straniu al materiei stelei quark. Pe măsură ce energia crește, forțele nucleare electromagnetice și slabe se vor amesteca astfel încât să nu existe nicio diferență între cele două forțe. La acest nivel de energie, quark-urile din nucleu se dizolvă în leptoni, ca electronii și neutrinii. Cea mai mare parte a materiei ciudate se va transforma în neutrini, iar energia eliberată va oferi suficientă forță pentru a împiedica steaua să se prăbușească.
Oamenii de știință sunt interesați să găsească o stea electroweak, deoarece caracteristicile miezului său ar fi identice cu cele ale universului tânăr la o miliardime de secundă după Big Bang. În acel moment al istoriei universului nostru, nu a existat nicio distincție între forța nucleară slabă și forța electromagnetică. S-a dovedit a fi destul de dificil de formulat teorii despre acea perioadă, astfel că o descoperire sub forma unei stele electroweak ar ajuta semnificativ cercetarea cosmologică.
O stea electroweak trebuie să fie, de asemenea, unul dintre cele mai dense obiecte din univers. Nucleul unei stele electroweak ar fi mărimea unui măr, dar aproximativ două Pământuri în masă, ceea ce face, în teorie, o astfel de stea mai densă decât orice stea observată anterior.
Obiectul Thorn - Zhitkova
În 1977, Kip Thorne și Anna Zhitkova au publicat o lucrare care detaliază un nou tip de stea numit Obiectul Thorn-Zhitkova (OTZ). OTZ este o stea hibridă formată prin ciocnirea unui supergiant roșu și a unei stele neutre mici și dense. Întrucât supergiantul roșu este o stea incredibil de mare, va trece sute de ani pentru ca o stea neutronă să treacă pur și simplu prin atmosfera interioară. În timp ce acesta se îngroapă în stea, centrul orbital (baricentrul) celor două stele se va deplasa spre centrul supergiantului. În cele din urmă, cele două stele se vor contopi pentru a forma o supernovă mare și în cele din urmă o gaură neagră.
Când este observat, OTZ ar semăna inițial cu un supergiant tipic roșu. Cu toate acestea, OTZ ar avea o serie de proprietăți neobișnuite pentru un supergiant roșu. Nu numai că compoziția sa chimică va diferi, dar o stea de neutroni care se înghesuie în ea va emite raze radio din interior. Este destul de dificil să găsești OTL, deoarece nu diferă prea mult de supergiantul roșu obișnuit. În plus, OTZ este mai degrabă format nu în împrejurimile noastre galactice, ci mai aproape de centrul Căii Lactee, unde stelele sunt împachetate mai îndeaproape.
Totuși, acest lucru nu i-a oprit pe astronomi să caute o stea canibală, iar în 2014 s-a anunțat că supergiantul HV 2112 ar putea fi un posibil OTZ. Oamenii de știință au descoperit că HV 2112 are o cantitate neobișnuit de mare de elemente metalice pentru supergiganții roșii. Compoziția chimică a HV 2112 se potrivește cu ceea ce Thorne și Zhitkova și-au asumat în anii '70, astfel că astronomii consideră această stea un candidat puternic pentru primul OTG observat. Sunt necesare cercetări suplimentare, dar ar fi mișto să ne gândim că umanitatea a descoperit prima stea canibală.
Steaua înghețată
O stea obișnuită arde combustibil cu hidrogen, creând heliu și sprijinindu-se cu presiunea din interior, născută în proces. Dar într-o zi hidrogenul se scurge și până la urmă steaua trebuie să ardă elemente mai grele. Din păcate, energia care scapă din aceste elemente grele nu este la fel de mult ca de la hidrogen, iar steaua începe să se răcească. Când o stea merge supernova, semănă universul cu elemente metalice, care apoi participă la formarea de stele și planete noi. Pe măsură ce universul se maturizează, din ce în ce mai multe stele explodează. Astrofizicienii au arătat că, odată cu înaintarea în vârstă a Universului, conținutul său total metalic crește și el.
În trecut, practic nu exista metal în stele, dar în viitor, stelele vor avea o abundență semnificativă de metal. Pe măsură ce universul îmbătrânește, se vor forma tipuri noi și neobișnuite de stele metalice, inclusiv stele înghețate ipotetice. Acest tip de stea a fost propus în anii ’90. Odată cu abundența metalelor din univers, stelele nou formate vor avea nevoie de temperaturi mai scăzute pentru a deveni stele secvențiale principale. Cele mai mici stele cu o masă de 0,04 stelare (de ordinul masei de Jupiter) pot deveni stele secvențiale principale, menținând fuziunea nucleară la 0 grade Celsius. Vor fi înghețați și înconjurați de nori de gheață înghețată. În viitorul îndepărtat, aceste stele înghețate vor înlocui majoritatea stelelor obișnuite din universul rece și sumbru.
Obiect care se prăbușește eterosferic
Toată lumea este deja obișnuită cu faptul că o mulțime de proprietăți și paradoxuri de neînțeles sunt asociate cu găurile negre. Pentru a face față cumva problemelor inerente matematicii găurilor negre, teoreticienii au ipotezat o întreagă serie de obiecte în formă de stea. În 2003, oamenii de știință au afirmat că găurile negre nu sunt de fapt singularități, așa cum obișnuiau să gândească, ci sunt un tip exotic de stele numit un obiect magnetosferic care se prăbușește pentru totdeauna (MVCO, MECO). Modelul MVCO este o încercare de a aborda o problemă teoretică: problema găurii negre care se prăbușește pare să se miște mai repede decât viteza luminii.
MVCO se formează ca o gaură neagră obișnuită. Gravitatea depășește materia și materia începe să se prăbușească în sine. Dar, în MVCO, radiația care rezultă din coliziunea particulelor creează o presiune internă similară cu presiunea generată în procesul de fuziune în miezul stelei. Acest lucru permite MVCO să rămână absolut stabil. Nu formează niciodată un orizont de eveniment și niciodată nu se prăbușește complet. Gaurile negre se vor prăbuși în cele din urmă și se vor evapora, dar prăbușirea MVCO va dura o perioadă infinită de timp. Astfel, se află într-o stare de colaps perpetuu.
Teoriile MVCO rezolvă multe probleme ale găurilor negre, inclusiv problema informațiilor. Deoarece MVCO nu se prăbușește niciodată, nu există nicio problemă de distrugere a informațiilor, ca în cazul unei găuri negre. Cu toate acestea, oricât de minunate ar fi teoriile MVKO, comunitatea fizicienilor îi întâmpină cu mare scepticism. Se consideră că cvasarii sunt niște găuri negre înconjurate de un disc luminos de acreție. Astronomii speră să găsească un quasar cu proprietățile magnetice exacte ale MVCO. Până în prezent, nu a fost găsit niciunul, dar poate noi telescoape care vor studia găurile negre vor arunca lumină asupra acestei teorii. Între timp, MVKO rămâne o soluție interesantă la problemele găurilor negre, dar departe de un candidat de frunte.
Populația Stele III
Am discutat deja despre stelele înghețate care vor apărea spre sfârșitul universului, când totul devine prea metalic pentru a se forma stele fierbinți. Dar ce zici de stele din celălalt capăt al spectrului? Aceste stele, formate din gazele primordiale rămase din Big Bang, se numesc stele Populației III. Diagrama populației stelare a fost introdusă de Waltor Baade în anii 1940 și a descris conținutul de metal al unei stele. Cu cât populația este mai în vârstă, cu atât conținutul de metal este mai mare. Multă vreme, existau doar două populații de stele (cu numele logic populația I și populația II), dar astrofizicienii moderni au început o căutare serioasă a stelelor care ar fi trebuit să existe imediat după Big Bang.
Nu existau elemente grele în aceste stele. Acestea erau formate în totalitate de hidrogen și heliu, intercalate cu litiu. Stelele populației III erau absurd de luminoase și uriașe, mai mari decât multe stele moderne. Șantierele lor nu numai că au sintetizat elemente comune, dar au fost alimentate de reacțiile de anihilare a materiei întunecate. Au trăit, de asemenea, foarte puțin, doar câteva milioane de ani. În cele din urmă, tot combustibilul cu hidrogen și heliu al acestor stele a ars, au folosit elemente metalice grele pentru fuziune și au explodat, împrăștind elemente grele în univers. Nimic nu a supraviețuit în universul tânăr.
Dar dacă nu a supraviețuit nimic, de ce ar trebui să ne gândim la asta? Astronomii sunt foarte interesați de stelele populației III, deoarece ne vor permite să înțelegem mai bine ce s-a întâmplat în Big Bang și cum s-a dezvoltat universul tânăr. Iar viteza luminii îi va ajuta pe astronomi în acest sens. Având în vedere amploarea constantă a vitezei luminii, dacă astronomii pot găsi o stea incredibil de îndepărtată, ei vor privi în esență în timp. Un grup de astronomi de la Institutul de Astrofizică și Științe Spațiale încearcă să vadă galaxiile care sunt cele mai îndepărtate de Pământ pe care am încercat să le vedem. Lumina acestor galaxii ar fi trebuit să apară câteva milioane după Big Bang și ar putea conține lumină din stelele Populației III. Studierea acestor stele va permite astronomilor să privească înapoi în timp. În plus, studierea stelelor Populației III ne va arăta și de unde am venit. Aceste stele au fost printre primele care au sădit Universul cu elemente care dau viață și sunt necesare existenței umane.
Steaua Quasi
Nu trebuie confundat cu un quasar (un obiect care arată ca o stea, dar nu este), o cvasi-stea este un tip teoretic de stea care ar putea exista doar într-un univers tânăr. Ca și OTZ, despre care am vorbit mai sus, cvasi-stea trebuia să fie o stea canibală, dar în loc să ascundă o altă stea în centru, ascunde o gaură neagră. Cvasele stele ar fi trebuit să se formeze din stele masive ale Populației III. Când stelele obișnuite se prăbușesc, merg pe supernova și lasă o gaură neagră. În cvasi-stele, stratul dens dens de material nuclear ar fi absorbit toată energia care scapă din miezul care se prăbușește, ar fi rămas pe loc și nu ar merge supernova. Învelișul exterior al stelei ar rămâne intact, în timp ce învelișul interior ar forma o gaură neagră.
La fel ca o stea de fuziune modernă, o cvasi-stea ar atinge echilibrul, deși ar fi susținută de mai mult decât doar energie de fuziune. Energia radiată din miez, o gaură neagră, ar oferi presiune pentru a rezista colapsului gravitațional. Cvasi-stea s-ar hrăni cu materia căzută în gaura neagră interioară și ar elibera energie. Datorită acestei energii puternice emise, cvasi-stea ar fi incredibil de strălucitoare și de 7000 de ori mai masivă decât Soarele.
În cele din urmă, însă, cvasi-stea și-ar fi pierdut coaja exterioară după aproximativ un milion de ani, lăsând doar o gaură neagră masivă. Astrofizicienii au sugerat că cvasi stele antice au fost sursa găurilor negre supermasive din centrele majorității galaxiilor, inclusiv a noastră. Calea Lactee ar fi putut începe cu una dintre aceste stele antice exotice și neobișnuite.
Preon star
Filozofii au argumentat timp de secole despre cea mai mică diviziune posibilă a materiei. Observând protoni, neutroni și electroni, oamenii de știință au crezut că au găsit structura de bază a universului. Dar, pe măsură ce știința a avansat, particulele au fost găsite din ce în ce mai puțin, iar conceptul nostru despre univers a trebuit să fie revizuit. Ipotetic, diviziunea ar putea continua pentru totdeauna, însă unii teoreticieni consideră că preonii sunt cele mai mici particule ale naturii. Preonul este o particulă punctuală care nu are nicio expansiune spațială. Fizicienii descriu deseori electronii ca particule punctuale, dar acesta este modelul tradițional. Electronii au de fapt o expansiune. În teorie, preonul nu are unul. Ele pot fi cele mai de bază particule subatomice.
Deși în prezent cercetările preon nu sunt la modă, asta nu împiedică oamenii de știință să discute cum ar putea arăta vedetele preonului. Stelele preon ar fi extrem de mici, mărimea dintre o mazăre și o minge de fotbal. Masa împachetată în acest volum minuscul ar fi egală cu masa Lunii. Stelele preon ar fi ușoare după standardele astronomice, dar mult mai dense decât stelele cu neutroni, obiectele cele mai dense observate.
Aceste stele minuscule ar fi foarte greu de văzut, datorită lentilelor gravitaționale și razelor gamma. Datorită naturii lor lipsite de claritate, unii teoreticieni consideră stelele preon propuse drept candidate la materia întunecată. Și totuși, oamenii de știință de la acceleratoarele de particule sunt preocupați mai ales de bosonul Higgs, mai degrabă decât să caute preoni, astfel încât existența lor va fi sau nu confirmată foarte curând.
Steaua Planck
Una dintre cele mai mari întrebări despre găurile negre este: cum sunt ele din interior? Nenumărate cărți, filme și articole au fost publicate pe acest subiect, variind de la speculații fantastice la cea mai grea și exactă știință. Și încă nu există un consens. Adesea centrul unei găuri negre este descris ca o singularitate cu o densitate infinită și fără dimensiuni spațiale, dar ce înseamnă asta cu adevărat? Teoreticienii moderni încearcă să ocolească această descriere vagă și să afle ce se întâmplă de fapt într-o gaură neagră. Dintre toate teoriile, una dintre cele mai interesante este presupunerea că există o stea în centrul găurii negre numită steaua Planck.
Steaua Planck propusă a fost inițial concepută pentru a rezolva paradoxul informațiilor despre gaura neagră. Dacă considerăm o gaură neagră ca un punct de singularitate, aceasta are un efect secundar neplăcut: informațiile vor fi distruse, pătrundând în gaura neagră, încălcând legile conservării. Cu toate acestea, dacă există o stea în centrul găurii negre, aceasta va rezolva problema și vă va ajuta și la întrebările legate de orizontul evenimentului la gaura neagră.
După cum trebuie să fi ghicit, steaua lui Planck este un lucru ciudat, care este totuși susținut de fuziunea nucleară convențională. Numele ei vine de la faptul că o astfel de stea va avea o densitate de energie apropiată de cea a Planck. Densitatea energetică este o măsură a energiei conținute într-o regiune a spațiului, iar densitatea Planck este un număr uriaș: 5,15 x 10 ^ 96 kilograme pe metru cub. Aceasta este multă energie. Teoretic, că multă energie ar putea fi în Univers imediat după Big Bang. Din păcate, nu vom vedea niciodată o stea Planck dacă este situată în interiorul unei găuri negre, dar această presupunere ne permite să rezolvăm o serie de paradoxuri astronomice.
Mingă pufoasă
Fizicienilor le place să vină cu nume amuzante pentru idei complexe. Fluffy Ball este cel mai drăguț nume la care te-ai putea gândi pentru o regiune mortală a spațiului care te-ar putea ucide instantaneu. Teoria pufoasă a bilei provine dintr-o încercare de a descrie o gaură neagră folosind idei de teorie cu coarde. În esență, bila pufoasă nu este o adevărată stea în sensul că nu este o miasmă a plasmei aprinse alimentată de fuziune. Mai degrabă, este o regiune cu șiruri de energie încurcate, susținute de propria energie interioară.
Așa cum am menționat mai sus, principala problemă cu găurile negre a fost să ne dăm seama ce se afla în interiorul lor. Această problemă profundă este atât o enigmă experimentală, cât și una teoretică. Teoriile găurilor negre standard duc la o serie de contradicții. Stephen Hawking a arătat că găurile negre se evaporă, ceea ce înseamnă că orice informație din ele se va pierde pentru totdeauna. Modelele cu găuri negre arată că suprafața lor este un "firewall" cu energie mare, care vaporizează particulele care intră. Cel mai important, teoriile mecanicii cuantice nu funcționează atunci când sunt aplicate la singularitatea unei găuri negre.
O bilă pufoasă rezolvă aceste probleme. Pentru a înțelege ce fel de minge pufoasă este, imaginați-vă că trăim într-o lume bidimensională, ca pe o bucată de hârtie. Dacă cineva plasează un cilindru pe hârtie, îl vom percepe ca un cerc bidimensional, chiar dacă acest obiect există de fapt în trei dimensiuni. Ne putem imagina că în universul nostru există structuri arogante; în teoria coardelor se numesc brane. Dacă ramurile multidimensionale ar exista, le-am percepe doar cu simțurile și matematica noastră 4D. Teoreticienii cu șiruri au sugerat că ceea ce numim o gaură neagră este de fapt percepția noastră de dimensiuni scăzute asupra unei structuri multidimensionale de șir care traversează spațiul nostru în patru dimensiuni. Atunci gaura neagră nu va fi o singularitate; va fi doar intersecția spațiului nostru-timp cu șiruri multidimensionale. Această intersecție este bila pufoasă.
Toate acestea par esoterice și ridică multe întrebări. Cu toate acestea, dacă găurile negre sunt de fapt încurcături pufoase, acestea vor rezolva o mulțime de paradoxuri. De asemenea, vor avea caracteristici ușor diferite decât găurile negre. În locul unei singularități unidimensionale, o minge pufoasă are un anumit volum. Dar, în ciuda unui anumit volum, nu are un orizont de eveniment exact, granițele sale sunt „pufoase”. De asemenea, permite fizicienilor să descrie o gaură neagră folosind principiile mecanicii cuantice. Oricum, o minge pufoasă este un nume amuzant care ne diluează limbajul științific strict.
Pe baza materialelor de pe listverse.com
Ilya Khel
