10.Кварковая звезда
В течение десятилетий астрономы предполагали, что нейтронная звезда будет оставаться в равновесии. Но по мере того, как квантовая теория стала более развитой, астрофизики предложили новый тип звезды, которая возникнет, когда дегенеративное давление нейтронного ядра исчезнет. Это называется кварковой звездой. По мере увеличения давления массы звезды нейтроны распадаются на составляющие их верхние и нижние кварки, которые под сильным давлением и энергией могли бы существовать свободно, вместо того, чтобы связываться с образованием адронов, таких как протоны и нейтроны. Этот суп из кварков, названный «странной материей», будет невероятно плотным, более плотным, чем обычная нейтронная звезда.
Астрофизики все еще спорят о том, как именно могли бы образоваться эти звезды. Некоторые теории утверждают, что они возникают, когда масса коллапсирующей звезды находится между массой, необходимой для образования черной дыры или нейтронной звезды. Другие исследователи предложили более экзотические механизмы. Ведущая теория состоит в том, что кварковые звезды образуются, когда плотные пакеты ранее существовавшей странной материи, обернутые в слабо взаимодействующие массивные частицы (или вимпы), сталкиваются с нейтронной звездой, заполняя ядро странной материей и начиная преобразование. Если это произойдет, нейтронная звезда сохранит «корку» из материала нейтронной звезды, фактически сделав ее похожей на нейтронную звезду.имея странное ядро материи. Хотя никаких кварковых звезд обнаружено не было, многие из наблюдаемых нейтронных звезд могут тайно быть кварковыми звездами.
9.Электрослабая звезда
В электрослабой звезде давление и энергия массы звезды будут давить на ядро кварковой звезды из странной материи. По мере увеличения энергии электромагнитные и слабые ядерные силы смешиваются , и между этими двумя силами не остается различия. На этом уровне энергии кварки в ядре растворяются в лептоны, такие как электроны и нейтрино. Большая часть странной материи превратится в нейтрино, и высвободившаяся энергия обеспечит достаточную внешнюю силу, чтобы остановить коллапс звезды.
Исследователи заинтересованы в обнаружении электрослабой звезды, потому что характеристики ядра не будут отличаться от характеристик ранней 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. Оказалось, что сформулировать теории относительно того времени сложно, поэтому обнаружение электрослабой звезды дало бы огромный толчок космологическим исследованиям.
Электрослабая звезда также будет одним из самых плотных объектов во Вселенной. Ядро электрослабой звезды было бы размером с яблоко, но содержало бы массу двух Земель, что делало бы его более плотным, чем любая ранее наблюдаемая звезда .
8.Объект Торн-Житков
При наблюдении TZO изначально выглядел бы как типичный красный сверхгигант. Однако TZO будет обладать множеством необычных свойств для красного сверхгиганта. Мало того, что ее химический состав будет немного другим, но зарывающаяся в нее нейтронная звезда вызовет всплески радиоволн изнутри . Найти TZO чрезвычайно сложно из-за того, насколько тонко он отличается от обычного красного сверхгиганта. Кроме того, TZO, скорее всего, не образуется в нашем галактическом районе, а скорее ближе к центру Млечного Пути, где звезды более плотно упакованы.
Тем не менее, это не остановило астрономов от поиска звезды-каннибала, и в 2014 году было объявлено, что сверхгигант HV 2112 является возможным TZO. Исследователи обнаружили, что HV 2112 имеет необычно большое количество металлических элементов для красного сверхгиганта. Химический состав HV 2112 соответствует тому, что Торн и Зитков теоретизировали в 1970-х годах, поэтому астрономы считают его сильным кандидатом на первое наблюдаемое TZO. Требуются дополнительные исследования, но приятно думать, что человечество, возможно, нашло свою первую звезду-каннибал.
7.Замороженная звезда
В прошлом в звездах почти не было металла, но в будущем в звездах будет значительно повышенное содержание металла. По мере старения Вселенной будут формироваться новые и необычные типы металлических звезд, в том числе гипотетическая замороженная звезда. Этот тип звезд был предложен в 1990-х годах. При изобилии металла во Вселенной вновь формирующимся звездам потребуется гораздо более низкая температура, чтобы стать звездой главной последовательности. Самые маленькие звезды с массой 0,04 звезд (примерно масса Юпитера) могут стать главной последовательностью, поддерживая ядерный синтез при температуре всего 0 градусов Цельсия (32 ° F). Они будут заморожены и окружены облаками замороженного льда. В далеком далеком будущем эти замороженные звезды заменят самые обычные звезды в холодной и унылой Вселенной.
6.Магнитосферный вечно коллапсирующий объект
Неудивительно, что существует множество сбивающих с толку свойств и парадоксов, связанных с черными дырами. Для решения проблем, присущих математике черных дыр, теоретики предложили множество звездоподобных объектов. В 2003 году ученые предположили, что черные дыры на самом деле не являются сингулярностями, как обычно думают, а представляют собой экзотический тип звезд, называемый магнитосферным вечно коллапсирующим объектом (MECO). Модель MECO - это попытка решить теоретическую проблему, заключающуюся в том, что материя коллапсирующей черной дыры движется быстрее скорости света.
MECO образуется как обычная черная дыра. Материя преодолевается гравитацией и начинает схлопываться сама по себе. Однако в MECO излучение, создаваемое сталкивающимися субатомными частицами, создает внешнее давление, мало чем отличное от давления, вызванного термоядерным синтезом в ядре звезды. Это позволяет MECO оставаться относительно стабильным. Он никогда не образует горизонт событий и никогда не разрушается полностью . Черные дыры в конечном итоге схлопываются сами по себе и испаряются, но для коллапса MECO потребуется бесконечное количество времени. Таким образом, он входит в состояние вечного коллапса.
Теории MECO решают многие проблемы черных дыр, в том числе информационные. Поскольку MECO никогда не коллапсирует, у него нет проблем с разрушением информации, как у черной дыры. Какими бы захватывающими ни были теории MECO, физическое сообщество встретило их с большим скептицизмом. Квазары обычно считаются черными дырами, окруженными светящимся аккреционным диском, поэтому астрономы попытались найти квазар с точными магнитными качествами MECO. Окончательно ничего не найдено, но новые телескопы, ищущие черные дыры, должны пролить больше света на теорию. На данный момент MECO - интересное решение проблем черных дыр, но не ведущий кандидат.
5.Население III Звезда
Мы уже говорили о замороженных звездах, существующих в конце вселенной, когда все стало слишком металлическим для образования горячих звезд. Но как насчет звезд на другом конце спектра? Эти звезды, состоящие из первичного газа, оставшегося после Большого взрыва, называются звездами населения III. Схема звездного населения была разработана Вальтером Бааде в 1940-х годах и описывала содержание металлов в звездах. Чем выше численность населения, тем выше содержание металла. В течение долгого времени существовало только две популяции звезд (логически названные Населением I и Населением II), но современные астрофизики начали серьезные исследования звезд, которые должны были существовать сразу после Большого взрыва.
В этих звездах не было более тяжелых элементов. Они полностью состояли из водорода и гелия с возможным незначительным количеством лития. Звезды населения III были абсурдно яркими и гигантскими, больше, чем большинство нынешних звезд. Их ядро не только объединяет обычные элементы, но и питается реакциями аннигиляции темной материи. Они также были чрезвычайно недолговечными, всего около двух миллионов лет. В конце концов, эти звезды сожгли весь свой водород и гелиевое топливо, начали превращать свое топливо в более тяжелые металлические элементы и взорвались, разбросав свои более тяжелые элементы по всей Вселенной. Никто не выжил в ранней вселенной.
Если никто не выжил, почему мы вообще о них заботимся? Астрономы очень заинтересованы в звездах населения III, потому что они позволят нам лучше понять, что произошло во время Большого взрыва и как развивалась ранняя Вселенная. В этой попытке скорость света - друг астронома. Учитывая постоянное значение скорости света, если астрономы могут найти очень далекие звезды, они на самом деле оглядываются назад во времени. Команда астрономов из Института астрофизики и космических наук пытается изучить галактики.дальше от Земли, чем когда-либо прежде. Свет этих галактик будет исходить всего через несколько миллионов лет после Большого взрыва и может содержать свет звезд населения III. Изучение этих звезд позволит астрономам оглянуться назад во времени. Кроме того, изучение звезд населения III также показывает нам, откуда мы пришли. Эти ранние звезды - те, которые засеяли Вселенную животворными элементами, необходимыми для человеческого существования.
4.Квази-звезда
Как и современная звезда на основе термоядерного синтеза, квазизвезда достигла бы равновесия, хотя ее поддерживало нечто большее, чем энергия термоядерного синтеза. Энергия, излучаемая ядром черной дыры, обеспечивала бы внешнее давление, чтобы противостоять гравитационному коллапсу . Квазизвезда подпитывалась бы материей, падающей во внутреннюю черную дыру и высвобождающей энергию. Из-за массового выделения энергии квазизвезда была бы чрезвычайно яркой и примерно в 7000 раз массивнее Солнца.
Однако в конце концов квазизвезда потеряет свою внешнюю оболочку примерно через миллион лет, оставив только массивную черную дыру. Астрофизики предположили, что древние квазизвезды были источником сверхмассивных черных дыр в центрах большинства галактик, включая нашу. Млечный Путь мог возникнуть как одна из этих экзотических и необычных древних звезд.
3.Preon Star
Хотя исследования преонов в настоящее время не в моде, это не мешает ученым обсуждать, как будет выглядеть звезда, состоящая из преонов. Звезды Преона были бы чрезвычайно крошечными, размером от горошины до футбольного мяча. В этой крошечной области была бы масса Луны . Звезды Преона были бы легкими по астрономическим стандартам, но намного плотнее нейтронных звезд - самого плотного наблюдаемого объекта.
Эти маленькие звезды было бы чрезвычайно трудно увидеть, и их можно было бы увидеть только при наблюдении за гравитационным линзированием и гамма-излучением. Из-за их необнаружимой природы некоторые теоретики предложили преонные звезды в качестве кандидатов на роль темной материи . Однако исследователи из ускорителей частиц сосредоточены на исследованиях частиц бозона Хиггса, а не на поисках преонов, поэтому пройдет много времени, прежде чем существование преона будет доказано или опровергнуто, и еще больше времени, прежде чем мы найдем звезду, состоящую из них.
2.Звезда Планка
Один из самых интересных вопросов о черных дырах - каковы они изнутри. По этому поводу опубликовано бесчисленное количество фильмов, книг и статей, от фантастических до высоконаучных. В сообществе физиков нет единого мнения. Часто центр черной дыры описывается как сингулярность с бесконечной плотностью и без пространственного измерения, но что это на самом деле означает? Современные теоретики пытаются обойти это расплывчатое описание и фактически выяснить, что происходит в черной дыре. Из всех теорий одна из самых увлекательных заключается в том, что в центре черной дыры действительно находится звезда, называемая звездой Планка.
Мотивация, стоящая за предложением звезды Планка, заключается в разрешении информационного парадокса черной дыры. Если черная дыра рассматривается как точечная сингулярность, то у нее есть неприятный побочный эффект, заключающийся в том, что информация уничтожается при входе в черную дыру, нарушая законы сохранения . Однако наличие звезды в середине черной дыры решает эту проблему и помогает решать проблемы на горизонте событий черной дыры.
Как вы могли догадаться, звезда Планка - странный зверь, хотя он поддерживается обычным ядерным синтезом. Его название происходит от того факта, что звезда будет иметь плотность энергии, близкую к планковской. Плотность энергии - это мера энергии, содержащейся в определенной области пространства, а планковская плотность - это огромное число: 5,15 x 10 96 килограммов на кубический метр. Это много энергии. Теоретически это то, сколько энергии содержалось во Вселенной сразу после большого взрыва . К сожалению, мы никогда не смогли бы увидеть звезду Планка, если бы она находилась внутри черной дыры, но это представляет интересную идею для решения различных астрономических парадоксов.
1.Пушистый мяч
Физики любят придумывать забавные названия для сложных идей. «Fuzzball» - это самое красивое название, которое когда-либо давали области смертоносного космоса, которая может убить вас мгновенно. Теория Fuzzball возникла из попытки описать черную дыру, используя идеи теории струн. Таким образом, пушистый шар не является настоящей звездой в том смысле, что это не миазмы раскаленной плазмы, поддерживаемые термоядерным синтезом. Скорее, это область запутанных энергетических струн, поддерживаемых их собственной внутренней энергией.
Как упоминалось выше, ключевая проблема черных дыр - это выяснить, что внутри них. Эта серьезная проблема остается загадкой как для наблюдений, так и для теории. Стандартные теории черных дыр приводят к множеству противоречий. Стивен Хокинг показал, что черные дыры испаряются, а это означает, что любая информация в них теряется навсегда. Модели черной дыры показывают, что ее поверхность представляет собой высокоэнергетический «брандмауэр», который испаряет входящие частицы. Самое главное, теории квантовой механики не работают в применении к сингулярности черной дыры.
Fuzzballs решает эти проблемы. Чтобы понять, что такое пушистый комок, представьте, что мы живем в двухмерном мире, похожем на лист бумаги. Если бы кто-то поместил цилиндр на бумагу, мы бы восприняли его как двумерный круг, даже если объект на самом деле существует в трех измерениях. Мы можем представить себе, что в нашей Вселенной существуют структуры более высоких измерений; в теории струн они называются бранами. Если бы существовала многомерная брана, мы бы только ее воспринимали.с нашими четырехмерными чувствами и математикой. Теоретики струн предположили, что то, что мы называем черной дырой, на самом деле является просто нашим низкоразмерным восприятием многомерной струнной структуры, пересекающейся с нашим четырехмерным пространством-временем. Таким образом, черная дыра на самом деле не является сингулярностью; это просто пересечение нашего пространства-времени с многомерными струнами. Это пересечение и есть пушистый комок.
Это может показаться эзотерическим и до сих пор горячо обсуждается. Однако если черные дыры на самом деле являются пушистыми шариками, это решает многие парадоксы . Он также имеет несколько иные характеристики, чем черные дыры. Вместо одномерной особенности у пушистика есть определенный объем. Но хотя он имеет определенный объем, у него нет четкого горизонта событий , что делает края «нечеткими». Это также позволяет физикам описывать черную дыру, используя принципы квантовой механики. Кроме того, «пушистик» - это действительно забавное название на нашем научном языке.
