Zvijezde su očarale ljude od davnina. Zahvaljujući modernoj znanosti, znamo prilično puno o zvijezdama, o njihovim različitim vrstama i strukturama. Znanje o ovoj temi stalno se ažurira i usavršava; astrofizičari spekuliraju o brojnim teorijskim zvijezdama koje mogu postojati u našem svemiru. Uz teoretske zvijezde, postoje i zvjezdani objekti, astronomske strukture koje izgledaju i ponašaju se poput zvijezda, ali nemaju standardne karakteristike koje opisujemo kao zvijezde. Predmeti na ovom popisu su na rubu fizikalnih istraživanja i nisu ih izravno promatrali … još.
Kvarkova zvijezda
Na kraju svog života zvijezda se može srušiti u crnu rupu, bijelog patuljka ili neutronsku zvijezdu. Ako je zvijezda dovoljno gusta prije nego što postane supernova, ostaci zvijezde formirat će neutronsku zvijezdu. Kad se to dogodi, zvijezda postaje izuzetno vruća i gusta. S takvom materijom i energijom, zvijezda se pokušava urušiti u sebe i oblikovati singularnost, ali fermionske čestice u središtu (u ovom slučaju neutroni) pokoravaju se Paulijevom principu. Prema njegovim riječima, neutroni se ne mogu komprimirati u isto kvantno stanje, pa su odbijeni od tvari koja se urušava, dostižući ravnotežu.
Desetljećima su astronomi pretpostavljali da će neutronska zvijezda ostati u ravnoteži. No kako se razvila kvantna teorija, astrofizičari su predložili novi tip zvijezde koji bi se mogao pojaviti ako degenerativni pritisak neutronske jezgre prestane. Zove se zvijezda kvarka. Kako se tlak zvjezdane mase povećava, neutroni propadaju u svoje sastavne dijelove, gore i dolje kvarkovi, koji bi pod visokim tlakom i velikom energijom mogli postojati u slobodnom stanju, umjesto da stvaraju hadrone poput protona i neutrona. Prozvana "čudnom materijom", ova bi se juha od kvarka bila nevjerojatno gusta, gušća od obične neutronske zvijezde.
Astrofizičari još uvijek raspravljaju o tome kako su se točno te zvijezde mogle formirati. Prema nekim teorijama, nastaju kada je masa zvijezde koja se urušava između mase potrebne za stvaranje crne rupe ili neutronske zvijezde. Drugi predlažu više egzotičnih mehanizama. Vodeća teorija je da se kvarkovske zvijezde formiraju kada se gusti paketi već postojeće čudne materije umotane u čestice slabe interakcije (WIMP) sudaraju s neutronskom zvijezdom, koja joj jezgru sadi čudnom tvari i započinje transformaciju. Ako se to dogodi, neutronska zvijezda će zadržati "koricu" materijala neutronske zvijezde, učinkovito nastavljajući izgledati kao neutronska zvijezda, ali istovremeno posjeduje jezgru čudnog materijala. Iako još nismo pronašli nijednu zvijezdu kvarka,mnoge bi promatrane neutronske zvijezde mogle biti tajno.
Promotivni video:
Elektrolučne zvijezde
Iako je zvijezda kvarka možda posljednja faza u životu zvijezde prije nego što ona umre i postane crna rupa, fizičari su nedavno predložili još jednu teorijsku zvijezdu koja bi mogla postojati između kvarkove zvijezde i crne rupe. Takozvana elektro-slaba zvijezda mogla bi održati ravnotežu kroz složenu interakciju između slabe nuklearne sile i elektromagnetske sile poznate kao elektro-slaba sila.
U elektro-slaboj zvijezdi, pritisak i energija iz mase zvijezde pritiskali bi na jezgru čudne materije zvijezde kvarka. Kako se energija povećava, elektromagnetske i slabe nuklearne sile bi se miješale tako da ne bi bilo razlike između dviju sila. Na ovoj energetskoj razini, kvarkovi u jezgri otapaju se u leptone, poput elektrona i neutrina. Većina čudne materije pretvorit će se u neutrine, a oslobođena energija pružit će dovoljno sile da se zvijezda ne raspadne.
Znanstvenici su zainteresirani za pronalaženje elektro slabe zvijezde jer će karakteristike njezine jezgre biti identične onima mladog svemira jednu milijardu sekunde nakon Velikog praska. U tom trenutku povijesti našeg svemira nije postojala razlika između slabe nuklearne sile i elektromagnetske sile. Pokazalo se da je prilično teško formulirati teorije o tom vremenu, tako da bi nalaz u obliku zvijezde sa elektro-slabom brom znatno pomogao kozmološkim istraživanjima.
Zvijezda elektrobuke također mora biti jedan od najgušćih objekata u svemiru. Jezgra elektro slabe zvijezde bila bi veličina jabuke, ali otprilike dvije mase u Zemlji, što bi u teoriji činilo da je takva zvijezda gušća od bilo koje prethodno promatrane zvijezde.
Predmetni trn - Žitkova
Kip Thorne i Anna Žitkova objavili su 1977. rad u kojem su detaljno opisali novu vrstu zvijezde pod nazivom Thorn-Žitkova Objekt (OTZ). OTZ je hibridna zvijezda koja nastaje sudarom crvenog superjunaka i male guste neutronske zvijezde. Budući da je crveni nadčovjek nevjerojatno velika zvijezda, trebat će stotine godina da neutronska zvijezda prvo prvo probije unutarnju atmosferu. Dok se probija u zvijezdu, orbitalni centar (baricentar) dviju zvijezda pomaknut će se prema središtu nadmoći. Na kraju će se dvije zvijezde spojiti i formirati veliku supernovu i na kraju crnu rupu.
Kad bi ga promatrali, OTZ bi u početku nalikovao tipičnom crvenom superjunaku. Ipak, OTZ bi imao niz neobičnih svojstava za crvenog superjunaka. Ne samo da će se njezin kemijski sastav razlikovati, nego će neutronska zvijezda koja se upala u nju emitirati izravne zrake iznutra. Prilično je teško pronaći OTL jer se on ne razlikuje mnogo od običnog crvenog superjunaka. Pored toga, OTZ se radije formira ne u našem galaktičkom okruženju, već bliže središtu Mliječnog puta, gdje su zvijezde nabijene bliže.
Međutim, to nije spriječilo astronoma u potrazi za kanibalskom zvijezdom, a 2014. godine objavljeno je da bi nadmoćni HV 2112 mogao biti mogući OTZ. Znanstvenici su otkrili da HV 2112 ima neuobičajeno veliku količinu metalnih elemenata za crvene superjunake. Kemijski sastav HV 2112 odgovara onome što su Thorne i Žitkova pretpostavili 1970-ih, tako da astronomi smatraju ovu zvijezdu moćnim kandidatom za prvi promatrani OTG. Potrebna su dodatna istraživanja, ali bilo bi cool pomisliti da je čovječanstvo otkrilo prvu zvijezdu kanibala.
Smrznuta zvijezda
Obična zvijezda sagorijeva vodikovo gorivo, stvarajući helij i podupirući se pritiskom iznutra, rođenim u procesu. Ali jednoga dana ponestane vodika i na kraju zvijezda treba sagorjeti teže elemente. Nažalost, iz ovih teških elemenata ne dolazi toliko energije koliko iz vodika, a zvijezda se počinje hladiti. Kad neka zvijezda postane supernova, ona zasijava svemir metalnim elementima, koji onda sudjeluju u stvaranju novih zvijezda i planeta. Kako svemir sazrijeva, sve više zvijezda eksplodira. Astrofizičari su pokazali da zajedno sa starenjem Svemira raste i njegov ukupni metalni sadržaj.
U prošlosti u zvijezdama gotovo nije bilo metala, ali u budućnosti će zvijezde imati značajno povećano obilje metala. Kako svemir raste, formirat će se nove i neobične vrste metalnih zvijezda, uključujući hipotetičke smrznute zvijezde. Ova vrsta zvijezde predložena je 1990-ih. S obiljem metala u svemiru novonastale zvijezde trebat će niže temperature da postanu zvijezde glavnih sekvenci. Najmanje zvijezde s masom od 0,04 zvjezdice (prema redoslijedu mase Jupitera) mogu postati zvijezde glavnih sekvenci, održavajući nuklearnu fuziju na temperaturama od 0 Celzijevih stupnjeva. Oni će biti smrznuti i okruženi oblacima smrznutog leda. U dalekoj, dalekoj budućnosti ove će smrznute zvijezde istisnuti većinu običnih zvijezda u hladan i tmurni svemir.
Magnetosferski vječno urušavajući objekt
Svi su već navikli na činjenicu da su s crnim rupama povezana mnoga nerazumljiva svojstva i paradoksi. Kako bi se nekako nosili sa problemima svojstvenim matematici u crnoj rupi, teoretičari su hipotetizirali čitav niz objekata u obliku zvijezde. Znanstvenici su 2003. godine izjavili da crne rupe zapravo nisu singularnosti, kako su to mislili, već su egzotični tip zvijezde koji se zove magnetosferno zauvijek urušavajući objekt (MVCO, MECO). MVCO model je pokušaj rješavanja teorijskog problema: čini se da se stvar urušavajuće crne rupe kreće brže od brzine svjetlosti.
MVCO tvori poput obične crne rupe. Gravitacija nadilazi materiju i materija se počinje urušavati u sebe. Ali u MVCO-u, zračenje nastalo sudaranjem čestica stvara unutarnji tlak sličan tlaku koji nastaje procesom fuzije u jezgri zvijezde. To omogućava da MVCO ostane apsolutno stabilan. Nikad ne formira horizont događaja i nikad se u potpunosti ne urušava. Crne rupe s vremenom će se srušiti u sebi i ispariti, ali kolaps MVCO-a trajat će beskonačno mnogo vremena. Dakle, u stanju je neprestanog kolapsa.
MVCO teorije rješavaju mnoge probleme s crnom rupom, uključujući problem s informacijama. Budući da se MVCO nikad ne urušava, nema problema s uništavanjem informacija, kao u slučaju crne rupe. Međutim, bez obzira koliko su teorije MVKO divne, fizička zajednica pozdravlja ih s velikim skepticizmom. Smatra se da su kvazari crne rupe okruženi svjetlosnim diskom za obradu. Astronomi se nadaju da će naći kvazar s točnim magnetskim svojstvima MVCO. Do sada nije pronađen nijedan, ali možda će novi teleskopi koji će proučavati crne rupe bacati svjetlo na ovu teoriju. U međuvremenu, MVKO ostaje zanimljivo rješenje problema crnih rupa, ali daleko od vodećeg kandidata.
Zvijezde stanovništva III
Već smo raspravljali o zaleđenim zvijezdama koje će se pojaviti krajem svemira, kada sve postane previše metalno da bi se formirale vruće zvijezde. Ali što je sa zvijezdama na drugom kraju spektra? Ove zvijezde, formirane od iskonskih plinova preostalih od Velikog praska, nazivaju se zvijezde Stanovništva III. Zvjezdani dijagram stanovništva uveden je Waltor Baade u 40-ima i opisao je sadržaj metala u zvijezdi. Što je starija populacija, veći je i sadržaj metala. Dugo su postojale samo dvije populacije zvijezda (s logičkim imenom populacija I i populacija II), ali moderni astrofizičari započeli su ozbiljnu potragu za zvijezdama koja bi trebala postojati odmah nakon Velikog praska.
U tim zvijezdama nije bilo teških elemenata. U potpunosti su se sastojali od vodika i helija, isprepletenih s litijem. Zvijezde populacije III bile su apsurdno svijetle i ogromne, veće od mnogih modernih zvijezda. Njihova dvorišta ne samo da su sintetizirala zajedničke elemente, već su bila potpomognuta reakcijama uništavanja tamne materije. Oni su također živjeli vrlo malo, samo nekoliko milijuna godina. Konačno, sva vodikova i helijska goriva tih zvijezda su izgorjela, oni su koristili elemente teških metala za fuziju i eksplodirali, raspršivši teške elemente po svemiru. U mladom svemiru ništa nije preživjelo.
Ali ako ništa nije preživjelo, zašto bismo o tome razmišljali? Astronomi su vrlo zainteresirani za stanovništvo III zvijezde jer će nam omogućiti bolje razumijevanje onoga što se dogodilo u Velikom prasku i kako se razvio mladi svemir. A brzina svjetlosti pomoći će astronomima u tome. S obzirom na stalnu veličinu brzine svjetlosti, ako astronomi mogu pronaći nevjerojatno daleku zvijezdu, oni će se u biti osvrnuti na vrijeme. Skupina astronoma s Instituta za astrofiziku i svemirske znanosti pokušava vidjeti galaksije koje su najudaljenije od Zemlje koje smo pokušali vidjeti. Svjetlost ovih galaksija trebala se pojaviti nekoliko milijuna nakon Velikog praska i mogla je sadržavati svjetlost zvijezda Stanovništva III. Proučavanje ovih zvijezda omogućit će astronomima da se osvrnu na vrijeme. Pored toga, proučavanje zvijezda Stanovništva III također će nam pokazati odakle smo došli. Te su zvijezde među prvima zasjele Svemir elementima koji daju život i koji su potrebni za ljudsko postojanje.
Kvazi zvijezda
Da se ne brka s kvazarom (objekt koji izgleda poput zvijezde, ali nije), kvazi zvijezda je teoretski tip zvijezde koji bi mogao postojati samo u mladom svemiru. Poput OTZ-a, o kojem smo govorili gore, i kvazi-zvijezda je trebala biti kanibalska zvijezda, ali umjesto da u sredini skriva drugu zvijezdu, ona skriva crnu rupu. Kvazi zvijezde su se trebale formirati od masivnih zvijezda III populacije. Kad se obične zvijezde sruše, idu u supernovu i ostavljaju crnu rupu. U kvazi zvijezdama gusti vanjski sloj nuklearnog materijala apsorbirao bi svu energiju koja bi pobjegla iz jezgre koja se urušava, ostao bi na mjestu i ne bi postao supernova. Vanjska ljuska zvijezde ostala bi netaknuta, dok bi unutarnja ljuska tvorila crnu rupu.
Poput moderne fuzijske zvijezde, kvazi zvijezda bi dosegla ravnotežu, iako bi je podržavala više od puke energije fuzije. Energija zračena iz jezgre, crna rupa, stvorila bi pritisak da se odupre gravitacijskom kolapsu. Kvazi zvijezda bi se hranila materijom koja pada u unutarnju crnu rupu i oslobađala energiju. Zbog ove snažne emisijske energije, kvazi zvijezda bi bila nevjerojatno svijetla i 7000 puta masivnija od Sunca.
Na kraju, međutim, kvazi zvijezda bi izgubila svoju vanjsku ljusku nakon otprilike milijun godina, ostavljajući samo masivnu crnu rupu. Astrofizičari sugeriraju da su drevne kvazi zvijezde bile izvor supermasivne crne rupe u središtima većine galaksija, uključujući i našu. Mliječni put je možda započeo s nekom od tih egzotičnih i neobičnih drevnih zvijezda.
Preon zvijezda
Filozofi se stoljećima svađaju o najmanjoj mogućoj podjeli materije. Promatrajući protone, neutrone i elektrone, znanstvenici su smatrali da su pronašli osnovnu strukturu svemira. No kako se znanost kretala naprijed, čestice su se nalazile sve manje i manje, i naš je koncept svemira morao biti revidiran. Hipotetski, podjela bi mogla trajati zauvijek, ali neki teoretičari smatraju da su preoni najmanje čestice prirode. Preon je točkasta čestica koja nema prostornog širenja. Fizičari često opisuju elektrone kao točkaste čestice, ali ovo je tradicionalni model. Elektroni zapravo imaju ekspanziju. U teoriji, preon ga nema. Oni mogu biti najosnovnije subatomske čestice.
Iako je preon istraživanje trenutno iz mode, to ne sprečava znanstvenike da raspravljaju o tome kako bi izgledale zvijezde preona. Zvijezde preona bile bi izuzetno male, veličine između graška i nogometne lopte. Masa upakirana u ovaj maleni volumen bila bi jednaka masi Mjeseca. Preon zvijezde bile bi svjetlost prema astronomskim standardima, ali mnogo gušće od neutronskih zvijezda, najgušćih promatranih objekata.
Te bi malene zvijezde bilo vrlo teško vidjeti zahvaljujući gravitacijskom lećanju i gama zrakama. Zbog svoje neprimjerene prirode, neki teoretičari smatraju da su predložene zvijezde predonja kandidati za tamnu tvar. Ipak, znanstvenici koji se bave akceleratorima čestica uglavnom se brinu za Higgsov bozon, umjesto da traže preone, pa će njihovo postojanje biti brzo ili neće biti potvrđeno vrlo brzo.
Planck zvijezda
Jedno od najvećih pitanja o crnim rupama je: kakvi su oni iznutra? Na ovu temu objavljeno je bezbroj knjiga, filmova i članaka, u rasponu od fantastičnih nagađanja do najtežih i najtočnijih znanosti. A konsenzusa još nema. Često se središte crne rupe opisuje kao singularnost s beskonačnom gustoćom i bez prostornih dimenzija, ali što to zapravo znači? Moderni teoretičari pokušavaju zaobići ovaj nejasan opis i otkriti što se zapravo događa u crnoj rupi. Od svih teorija, jedna od najzanimljivijih je pretpostavka da u središtu crne rupe postoji zvijezda koja se zove Planckova zvijezda.
Predložena Planckova zvijezda prvobitno je zamišljena da riješi paradoks informacija o crnoj rupi. Ako crnu rupu mislite kao posebnost, ona će imati neugodnu nuspojavu: informacije će biti uništene, prodirati u crnu rupu, kršeći zakone očuvanja. Međutim, ako se u središtu crne rupe nalazi zvijezda, to će riješiti problem i pomoći u pitanjima horizonta događaja crne rupe.
Kao što ste vjerojatno pogodili, Planckova zvijezda čudna je stvar, koju ipak podržava konvencionalna nuklearna fuzija. Ime mu dolazi od činjenice da će takva zvijezda imati gustoću energije koja je bliska onoj Planckove. Gustoća energije je mjera energije sadržane u nekom prostoru prostora, a Planckova gustoća ogroman je broj: 5,15 x 10 ^ 96 kilograma po kubnom metru. Ovo je puno energije. Teoretski, toliko energije bi moglo biti u Svemiru odmah nakon Velikog praska. Nažalost, nikada nećemo vidjeti Planckovu zvijezdu ako se ona nalazi unutar crne rupe, ali ova pretpostavka omogućava nam da riješimo niz astronomskih paradoksa.
Pahuljasta lopta
Fizičari vole smisliti smiješna imena složenih ideja. Fluffy Ball je najslađe ime koje biste mogli smisliti za smrtonosnu regiju prostora koja bi vas mogla ubiti odmah. Teorija lepršave kuglice proizlazi iz pokušaja opisivanja crne rupe pomoću ideja teorije struna. U osnovi, pahuljasta kuglica nije prava zvijezda u smislu da nije miasma vatrene plazme koja se pokreće fuzijom. Umjesto toga, to je područje upletenih struna energije podržanih vlastitom unutarnjom energijom.
Kao što je gore spomenuto, glavni problem crnih rupa bio je pronalaženje onoga što se nalazi unutar njih. Ovaj duboki problem je i eksperimentalna i teorijska enigma. Teorije standardnih crnih rupa dovode do niza kontradikcija. Stephen Hawking pokazao je da crne rupe isparavaju, što znači da će bilo kakve informacije u njima zauvijek izgubiti. Modeli crnih rupa pokazuju da je njihova površina visokoenergetski "vatrozid" koji isparava dolazne čestice. Ono što je najvažnije, teorije kvantne mehanike ne djeluju kada se primjenjuju na singularnost crne rupe.
Pahuljasta lopta rješava ove probleme. Da biste razumjeli kakva je lepršava kuglica, zamislite da živimo u dvodimenzionalnom svijetu, poput na komadu papira. Ako netko stavi cilindar na papir, shvatit ćemo ga kao dvodimenzionalni krug, čak i ako ovaj objekt stvarno postoji u tri dimenzije. Možemo zamisliti da u našem svemiru postoje arogantne strukture; u teoriji struna nazivaju se brane. Kad bi postojale višedimenzionalne brane, percipirali bismo ih samo našim 4D osjetilima i matematikom. Teoretičari struna sugeriraju da je ono što nazivamo crnom rupom zapravo naša dimenzionalna percepcija višedimenzionalne strukture struna koja prelazi naše četverodimenzionalno svemirsko vrijeme. Tada crna rupa neće biti jedinstvenost; bit će samo sjecište našeg prostora-vremena s višedimenzionalnim nizovima. Ovo sjecište je lepršava kugla.
Sve to izgleda ezoterično i postavlja mnoga pitanja. Međutim, ako su crne rupe zapravo lepršave zapetljane, oni će riješiti puno paradoksa. Oni će također imati malo drugačije karakteristike od crnih rupa. Umjesto jednodimenzionalne singularnosti, lepršava kugla ima određeni volumen. No, unatoč određenom volumenu, nema točan horizont događaja, njegove su granice "pahuljaste". Također omogućava fizičarima da opišu crnu rupu koristeći principe kvantne mehanike. U svakom slučaju, lepršava lopta smiješno je ime koje razrjeđuje naš strogi znanstveni jezik.
Na temelju materijala s listeverse.com
Ilya Khel