Звездите очароваха хората от незапомнени времена. Благодарение на съвременната наука, ние знаем доста много за звездите, за различните им видове и структури. Познанията по тази тема постоянно се актуализират и усъвършенстват; астрофизиците спекулират с редица теоретични звезди, които могат да съществуват във нашата Вселена. Наред с теоретичните звезди има и звездоподобни обекти, астрономически структури, които изглеждат и се държат като звезди, но нямат стандартните характеристики, които описваме като звезди. Обектите в този списък са на прага на физическите изследвания и не са били директно наблюдавани … все още.
Кварк звезда
В края на живота си една звезда може да се срине в черна дупка, бяло джудже или неутронна звезда. Ако звездата е достатъчно плътна, преди да отиде свръхнова, звездните останки ще образуват неутронна звезда. Когато това се случи, звездата става изключително гореща и гъста. С такава материя и енергия звездата се опитва да се срине в себе си и да образува сингулярност, но фермионните частици в центъра (в случая неутроните) се подчиняват на принципа на Паули. Според него неутроните не могат да бъдат компресирани до едно и също квантово състояние, така че те се отблъскват от срутващата се материя, достигайки до равновесие.
От десетилетия астрономите предполагат, че неутронната звезда ще остане в равновесие. Но с развитието на квантовата теория астрофизиците предложиха нов тип звезда, която може да се появи, ако дегенеративното налягане на неутронното ядро престане. Нарича се звезда на кварк. С нарастването на налягането на масата на звездата неутроните се разпадат в съставките си, нагоре и надолу кварки, които при високо налягане и висока енергия могат да съществуват в свободно състояние, вместо да произвеждат адрони като протони и неутрони. Озаглавена "странна материя", тази кваркова супа би била невероятно гъста, по-плътна от обикновена неутронна звезда.
Астрофизиците все още спорят как точно биха могли да се формират тези звезди. Според някои теории те възникват, когато масата на сриващата се звезда е между масата, необходима за образуване на черна дупка или неутронна звезда. Други предполагат по-екзотични механизми. Водещата теория е, че кварк звезди се образуват, когато плътни пакети от вече съществуваща странна материя, увита в слабо взаимодействащи частици (WIMPs), се сблъскват с неутронна звезда, засявайки ядрото му със странна материя и инициира трансформация. Ако това се случи, неутронната звезда ще поддържа "кора" от материал от неутронна звезда, като ефективно продължава да изглежда като неутронна звезда, но в същото време притежава ядро от странен материал. Въпреки че все още не сме намерили звезди на кварк,много от наблюдаваните неутронни звезди могат да бъдат тайно.
Промоционално видео:
Електрослаби звезди
Докато една кваркова звезда може да е последният етап в живота на звездата, преди тя да умре и да стане черна дупка, наскоро физиците предложиха друга теоретична звезда, която може да съществува между кваркова звезда и черна дупка. Така наречената електрослаба звезда може да поддържа равновесие чрез сложно взаимодействие между слаба ядрена сила и електромагнитна сила, известна като сила на електроослабване.
В електро-слаба звезда налягането и енергията от масата на звездата щяха да притиснат към ядрото на странната материя на кварковата звезда. С увеличаването на енергията електромагнитните и слабите ядрени сили ще се смесват, така че да няма разлика между двете сили. На това енергийно ниво кварките в ядрото се разтварят в лептони, като електрони и неутрино. По-голямата част от странната материя ще се превърне в неутрино, а освободената енергия ще осигури достатъчно сила, за да не се разпада звездата.
Учените се интересуват от намирането на звезда с електроенергия, тъй като характеристиките на нейното ядро биха били идентични с тези на младата Вселена една милиардна част от секундата след Големия взрив. В този момент от историята на нашата Вселена не е имало разлика между слаба ядрена сила и електромагнитна сила. Оказа се, че е доста трудно да се формулират теории за онова време, така че една находка под формата на звезда с електрочувствие значително би помогнала за космологичните изследвания.
Звездата с електрочувствие също трябва да бъде един от най-плътните обекти във Вселената. Ядрото на звездата с електрослаба би било с размерите на ябълка, но около две земни маси, което прави такава звезда на теория по-плътна от всяка наблюдавана досега звезда.
Обект трън - Житкова
През 1977 г. Кип Торн и Анна Житкова публикуват документ, в който подробно описват нов тип звезда, наречен обектът Торн-Житкова (OTZ). OTZ е хибридна звезда, образувана от сблъсъка на червен супергигант и малка, плътна неутронна звезда. Тъй като червеният супергигант е невероятно голяма звезда, ще са необходими стотици години, за да може неутронната звезда първо да пробие вътрешната атмосфера. Докато тя се впива в звездата, орбиталният център (барицентър) на двете звезди ще се придвижи към центъра на свръхгигант. В крайна сметка двете звезди ще се слеят, за да образуват голяма супернова и в крайна сметка черна дупка.
Когато се наблюдава, OTZ първоначално прилича на типичен червен супергигант. Независимо от това, OTZ би имал редица необичайни свойства за червен супергигант. Не само химичният му състав ще се различава, но и неутронна звезда, която се набива в нея, ще излъчва радиовзриви отвътре. Доста е трудно да се намери OTL, тъй като той не се различава много от обикновения червен супергигант. В допълнение, OTZ по-скоро се формира не в галактическите ни околности, а по-близо до центъра на Млечния път, където звездите са опаковани по-близо.
Това обаче не попречи на астрономите да търсят звезда от канибал и през 2014 г. бе обявено, че свръхгигантът HV 2112 може да бъде възможен OTZ. Учените са открили, че HV 2112 има необичайно голямо количество метални елементи за червени супергиганти. Химичният състав на HV 2112 съответства на предложените от Торн и Житкова през 70-те години на миналия век, така че астрономите смятат тази звезда за мощен кандидат за първия наблюдаван ОТГ. Необходими са допълнителни изследвания, но би било готино да се мисли, че човечеството е открило първата звезда на канибала.
Замразена звезда
Една обикновена звезда изгаря водородно гориво, създавайки хелий и се поддържа с натиска отвътре, роден в процеса. Но някой ден водородът изтича и в крайна сметка звездата трябва да изгори по-тежки елементи. За съжаление, изтичащата от тези тежки елементи енергия не е толкова много, колкото от водорода и звездата започва да се охлажда. Когато една звезда отива свръхнова, тя засява Вселената с метални елементи, които след това участват във формирането на нови звезди и планети. С напредването на Вселената все повече звезди избухват. Астрофизиците показаха, че заедно със стареенето на Вселената се увеличава и нейното общо метално съдържание.
В миналото практически нямаше метал в звезди, но в бъдеще звездите ще имат значително увеличено изобилие на метали. С напредването на Вселената ще се образуват нови и необичайни видове метални звезди, включително хипотетични замръзнали звезди. Този тип звезда е предложен през 90-те години. С изобилието на метали във Вселената новообразуваните звезди ще се нуждаят от по-ниски температури, за да се превърнат в главни последователности. Най-малките звезди с маса 0,04 звездна (от порядъка на масата на Юпитер) могат да станат звезди от главната последователност, поддържайки ядрен синтез при температури от 0 градуса по Целзий. Те ще бъдат замразени и заобиколени от облаци от замръзнал лед. В далечното, далечно бъдеще тези замръзнали звезди ще изместят повечето от обикновените звезди в студената и мрачна вселена.
Магнетосферно вечно срутващ се обект
Всички вече са свикнали с факта, че много неразбираеми свойства и парадокси са свързани с черните дупки. За да се справят по някакъв начин с проблемите, присъщи на математиката на черната дупка, теоретиците са хипотезирали цял набор от звездообразни предмети. През 2003 г. учените заявяват, че черните дупки всъщност не са особености, както са свикнали да вярват, а са екзотичен тип звезда, наречен „магнитосферично вечно рухващ се обект“(MVCO, MECO). Моделът на MVCO е опит за справяне с теоретичен проблем: изглежда, че въпросната рухнала черна дупка се движи по-бързо от скоростта на светлината.
MVCO се оформя като обикновена черна дупка. Гравитацията надминава материята и материята започва да се разпада в себе си. Но в MVCO излъчването, произтичащо от сблъсъка на частици, създава вътрешно налягане, подобно на налягането, генерирано при процеса на синтез в сърцевината на звездата. Това позволява MVCO да остане абсолютно стабилен. Тя никога не формира хоризонт на събитията и никога не се срива напълно. Черните дупки в крайна сметка ще се срутят в себе си и ще се изпарят, но сривът на MVCO ще отнеме безкрайно много време. Така той е в състояние на вечен срив.
Теориите на MVCO решават много проблеми с черната дупка, включително проблема с информацията. Тъй като MVCO никога не се срива, няма проблем с унищожаването на информация, както в случая с черна дупка. Въпреки това, колкото и прекрасни да са теориите на MVKO, физическата общност ги посреща с голям скептицизъм. Смята се, че квазарите са черни дупки, заобиколени от светещ акредиращ диск. Астрономите се надяват да намерят квазар с точните магнитни свойства на MVCO. Засега не са открити нито един, но вероятно новите телескопи, които ще изучават черни дупки, ще хвърлят светлина върху тази теория. Междувременно MVKO остава интересно решение на проблемите с черните дупки, но далеч от водещ кандидат.
Звезди на населението III
Вече обсъдихме замръзналите звезди, които ще се появят към края на Вселената, когато всичко стане твърде метално, за да се образуват горещи звезди. Но какво да кажем за звездите от другия край на спектъра? Тези звезди, образувани от първичните газове, останали от Големия взрив, се наричат звезди III Население III. Звездната диаграма на населението е въведена от Уолтор Бааде през 40-те години и описва съдържанието на метали в звезда. Колкото по-стара е популацията, толкова по-високо е съдържанието на метали. Дълго време имаше само две популации от звезди (с логичното име население I и население II), но съвременните астрофизици започнаха сериозно търсене на звезди, които би трябвало да съществуват веднага след Големия взрив.
В тези звезди нямаше тежки елементи. Те се състоеха изцяло от водород и хелий, взаимосвързани с литий. Звезди от население III бяха абсурдно ярки и огромни, по-големи от много съвременни звезди. Дворовете им не само синтезираха общи елементи, но бяха подхранвани от реакции на унищожаване на тъмна материя. Те също са живели много малко, само няколко милиона години. В крайна сметка цялото водородно и хелиево гориво на тези звезди изгоряло, те използвали елементи от тежки метали за синтез и експлодирали, разпръсквайки тежки елементи из цялата Вселена. Нищо не оцеля в младата вселена.
Но ако нищо не е оцеляло, защо да мислим за това? Астрономите са силно заинтересовани от населението на III звезди, тъй като те ще ни позволят да разберем по-добре какво се е случило в Големия взрив и как се е развила младата Вселена. И скоростта на светлината ще помогне на астрономите в това. Като се има предвид постоянната величина на скоростта на светлината, ако астрономите могат да намерят невероятно далечна звезда, те по същество ще погледнат назад във времето. Група астрономи от Института по астрофизика и космически науки се опитват да видят галактики, които са най-отдалечени от Земята, които сме се опитали да видим. Светлината на тези галактики трябваше да се появи няколко милиона след Големия взрив и може да съдържа светлина от звездите на Население III. Изучаването на тези звезди ще позволи на астрономите да погледнат назад във времето. Освен това, изучаването на звездите от Население III също ще ни покаже откъде сме дошли. Тези звезди бяха сред първите, които засяха Вселената с елементи, които дават живот и са необходими за човешкото съществуване.
Квази звезда
За да не се бърка с квазар (обект, който прилича на звезда, но не е), квазизвездата е теоретичен тип звезда, който би могъл да съществува само в млада вселена. Подобно на OTZ, за който говорихме по-горе, квазизвездата трябваше да бъде канибална звезда, но вместо да скрие друга звезда в центъра, тя крие черна дупка. Квази звездите трябва да са се образували от масивни звезди от население III. Когато обикновените звезди се сринат, те отиват свръхнови и оставят черна дупка. В квазизвезди плътният външен слой от ядрен материал би погълнал цялата енергия, изтичаща от рухналото ядро, остана на мястото си и нямаше да се превърне в свръхнова. Външната обвивка на звездата ще остане непокътната, докато вътрешната обвивка ще образува черна дупка.
Подобно на съвременна термоядрена звезда, квазизвездата ще достигне равновесие, въпреки че ще бъде подкрепена от повече от просто синтезирана енергия. Енергията, излъчвана от сърцевината, черна дупка, би осигурила налягане, за да устои на гравитационния срив. Квазизвездата ще се храни с материя, попадаща във вътрешната черна дупка и ще освобождава енергия. Поради тази мощна излъчвана енергия, квазизвездата би била невероятно ярка и 7000 пъти по-масивна от Слънцето.
В крайна сметка обаче квазизвездата щеше да загуби външната си черупка след около милион години, оставяйки само масивна черна дупка. Астрофизиците предполагат, че древните квази звезди са били източник на свръхмасивни черни дупки в центровете на повечето галактики, включително нашата. Млечният път може би е започнал с една от тези екзотични и необичайни древни звезди.
Преон звезда
Философите спорят от векове за възможно най-малкото разделение на материята. Наблюдавайки протони, неутрони и електрони, учените смятали, че са открили основната структура на Вселената. Но с напредването на науката частиците се намираха все по-малко и нашата концепция за Вселената трябваше да бъде преразгледана. Хипотетично разделението може да продължи вечно, но някои теоретици смятат преоните за най-малките частици на природата. Preon е точкова частица, която няма пространствено разширение. Физиците често описват електроните като точкови частици, но това е традиционният модел. Електроните всъщност имат разширение. На теория преон няма такъв. Те могат да бъдат най-основните субатомни частици.
Въпреки че в момента проучванията на досега не са на мода, това не спира учените да обсъждат как могат да изглеждат звездите на Preon. Звездите на преона биха били изключително малки, размерът между грахово зърно и футболна топка. Масата, опакована в този малък обем, би била равна на масата на Луната. Преон звездите биха били леки по астрономически стандарти, но много по-плътни от неутронните звезди, най-плътните наблюдавани обекти.
Тези малки звезди биха били много трудни за наблюдение благодарение на гравитационните лещи и гама лъчите. Поради своята незабележима природа някои теоретици смятат предложените звезди за преон за кандидати за тъмна материя. И все пак учените с ускорители на частици са загрижени най-вече за бозона на Хигс, вместо да търсят преони, така че тяхното съществуване ще бъде или не може да бъде потвърдено съвсем скоро.
Планк звезда
Един от най-големите въпроси за черните дупки е: какви са те отвътре? На тази тема са публикувани безброй книги, филми и статии, вариращи от фантастични спекулации до най-трудната и точна наука. И все още няма консенсус. Често центърът на черна дупка се описва като сингулярност с безкрайна плътност и без пространствени измерения, но какво всъщност означава това? Съвременните теоретици се опитват да заобиколят това неясно описание и да установят какво всъщност се случва в черна дупка. От всички теории една от най-интересните е предположението, че в центъра на черната дупка има звезда, наречена звезда на Планк.
Предложената звезда на Планк първоначално беше замислена да разреши парадокса на информацията за черната дупка. Ако считаме черна дупка за точка на сингулярност, тя има неприятен страничен ефект: информацията ще бъде унищожена, проникваща в черната дупка, нарушавайки законите за опазване. Ако обаче в центъра на черната дупка има звезда, това ще реши проблема и ще помогне с въпроси от хоризонта на събитията в черната дупка.
Както сигурно сте се досетили, звездата на Планк е странно нещо, което обаче се поддържа от конвенционалния ядрен синтез. Името му идва от факта, че такава звезда ще има енергийна плътност, близка до тази на Планк. Енергийната плътност е мярка за енергията, която се съдържа в даден космос, а плътността на Планк е огромен брой: 5,15 х 10 ^ 96 килограма на кубичен метър. Това е много енергия. Теоретично, толкова много енергия може да бъде във Вселената веднага след Големия взрив. За съжаление никога няма да видим звезда на Планк, ако тя се намира вътре в черна дупка, но това предположение ни позволява да разрешим редица астрономически парадокси.
Пухкава топка
Физиците обичат да измислят смешни имена за сложни идеи. Fluffy Ball е най-сладкото име, което бихте могли да измислите за смъртоносна зона на космоса, която би могла да ви убие моментално. Теорията на пухкавата топка произтича от опит да се опише черна дупка, използвайки идеи за теория на струните. По същество пухкавата топка не е истинска звезда в смисъл, че не е миазма на плазмата, пламтяща с огнено синтез. По-скоро това е регион от заплетени струни от енергия, поддържани от собствената им вътрешна енергия.
Както бе споменато по-горе, основният проблем с черните дупки беше да разбера какво е вътре в тях. Този дълбок проблем е едновременно експериментална и теоретична загадка. Теориите на стандартните черни дупки водят до редица противоречия. Стивън Хокинг показа, че черните дупки се изпаряват, което означава, че всяка информация в тях ще бъде загубена завинаги. Моделите с черни дупки показват, че повърхността им е високоенергийна защитна стена, която изпарява входящите частици. Най-важното е, че теориите на квантовата механика не действат, когато се прилагат за сингулярността на черна дупка.
Пухкаво топче решава тези проблеми. За да разберете какъв вид е пухкава топка, представете си, че живеем в двуизмерен свят, като на лист хартия. Ако някой постави цилиндър на хартия, ние ще го възприемаме като двуизмерен кръг, дори ако този обект действително съществува в три измерения. Можем да си представим, че арогантни структури съществуват във нашата вселена; в теорията на струните те се наричат branes. Ако съществуват многоизмерни мелодии, ние бихме ги възприели само с нашите 4D сетива и математика. Теоретиците на струните предполагат, че това, което наричаме черна дупка, всъщност е нашето ниско измерение на многоизмерна струнна структура, пресичаща нашето четириизмерно пространствено време. Тогава черната дупка няма да бъде особеност; тя ще бъде само пресечната точка на нашето пространство-време с многоизмерни низове. Тази пресечка е пухкавата топка.
Всичко това изглежда езотерично и повдига много въпроси. Ако обаче черните дупки всъщност са пухкави заплитания, те ще разрешат много парадокси. Те също ще имат малко по-различни характеристики от черните дупки. Вместо едномерна сингулярност, пухкава топка има определен обем. Но въпреки определен обем, той няма точен хоризонт на събитията, границите му са "пухкави". Той също така позволява на физиците да опишат черна дупка, използвайки принципите на квантовата механика. Както и да е, пухкавата топка е смешно име, което разрежда нашия строг научен език.
Въз основа на материали от listverse.com
Иля Кел
