Hviezdy fascinujú ľudí od nepamäti. Vďaka modernej vede vieme dosť veľa o hviezdach, ich rôznych druhoch a štruktúrach. Znalosť tejto témy sa neustále aktualizuje a zdokonaľuje; astrofyzici špekulujú o množstve teoretických hviezd, ktoré môžu existovať v našom vesmíre. Spolu s teoretickými hviezdami existujú aj hviezdovité objekty, astronomické štruktúry, ktoré vyzerajú a správajú sa ako hviezdy, ale nemajú štandardné charakteristiky, ktoré označujeme ako hviezdy. Objekty na tomto zozname sú na pokraji fyzického výskumu a neboli priamo pozorované … zatiaľ.
Quarkova hviezda
Na konci svojho života sa hviezda môže zrútiť do čiernej diery, bieleho trpaslíka alebo neutrónovej hviezdy. Ak je hviezda dostatočne hustá predtým, ako pôjde na supernovu, hviezdne pozostatky budú tvoriť neutrónovú hviezdu. Keď sa to stane, hviezda sa stane mimoriadne horúcou a hustou. S takou hmotou a energiou sa hviezda snaží zhroutiť sa do seba a vytvoriť jedinečnosť, ale fermionické častice v strede (v tomto prípade neutróny) dodržiavajú Pauliho princíp. Podľa neho neutróny nemôžu byť stlačené do rovnakého kvantového stavu, takže sú odrazené od kolapsu a dosahujú rovnováhu.
Astronómovia už desaťročia predpokladajú, že neutrónová hviezda zostane v rovnováhe. Ale ako sa vyvinula kvantová teória, astrofyzici navrhli nový typ hviezdy, ktorý by sa mohol objaviť, keby degeneratívny tlak neutrónového jadra ustal. Nazýva sa kvarková hviezda. Keď tlak hmoty hviezdy stúpa, neutróny sa rozpadajú na svoje zložky, kvarky hore a dole, ktoré by pri vysokom tlaku a vysokej energii mohli existovať vo voľnom stave, namiesto toho, aby produkovali hadróny, ako sú protóny a neutróny. Táto kvarková polievka, nazývaná „podivná hmota“, by bola neuveriteľne hustá, hustejšia ako pravidelná neutrónová hviezda.
Astrofyzici stále diskutujú o tom, ako presne sa tieto hviezdy mohli vytvoriť. Podľa niektorých teórií sa vyskytujú, keď hmotnosť zhroutiacej sa hviezdy je medzi hmotnosťou potrebnou na vytvorenie čiernej diery alebo neutrónovej hviezdy. Iní navrhujú viac exotických mechanizmov. Hlavnou teóriou je, že kvarkové hviezdy sa tvoria, keď sa husté balíčky už existujúcej podivnej hmoty obalenej v slabo interagujúcich časticiach (WIMP) zrazia s neutrónovou hviezdou, naočkujú jej jadro podivnou hmotou a iniciujú transformáciu. Ak k tomu dôjde, neutrónová hviezda bude udržiavať „kôru“neutrónovej hviezdy, ktorá bude účinne vyzerať ako neutrónová hviezda, ale zároveň bude mať jadro z podivného materiálu. Aj keď sme ešte nenašli kvarkové hviezdy,mnohé pozorované neutrónové hviezdy môžu byť tajne.
Propagačné video:
Electroweak hviezdy
Zatiaľ čo kvarková hviezda môže byť poslednou fázou života hviezdy predtým, ako zomrie a stane sa čiernou dierou, fyzici nedávno navrhli ďalšiu teoretickú hviezdu, ktorá by mohla existovať medzi kvarkovou hviezdou a čiernou dierou. Takzvaná elektroslabá hviezda by si mohla udržiavať rovnováhu prostredníctvom komplexnej interakcie medzi slabou jadrovou silou a elektromagnetickou silou známou ako elektroslabá sila.
V elektroslabej hviezde by tlak a energia z hmoty hviezdy tlačili na jadro zvláštnej hmoty kvarkovej hviezdy. Keď sa energia zvyšuje, elektromagnetické a slabé jadrové sily by sa zmiešali tak, aby medzi týmito dvoma silami nebol žiadny rozdiel. Na tejto energetickej úrovni sa kvarky v jadre rozpúšťajú do leptónov, ako sú elektróny a neutrína. Väčšina podivných látok sa zmení na neutrína a uvoľnená energia poskytne dostatok sily na zabránenie zrútenia hviezdy.
Vedci majú záujem nájsť elektroslabú hviezdu, pretože charakteristiky jej jadra by boli rovnaké ako vlastnosti mladého vesmíru jednu miliardtinu sekundy po Veľkom tresku. V tom čase v histórii nášho vesmíru neexistoval rozdiel medzi slabou jadrovou silou a elektromagnetickou silou. Ukázalo sa, že v tom čase bolo ťažké formulovať teórie, takže nález vo forme elektroslabej hviezdy by významne pomohol kozmologickému výskumu.
Electroweak hviezda musí byť tiež jedným z najhustejších objektov vo vesmíre. Jadrom elektroslabej hviezdy by bola veľkosť jablka, ale hmotnosťou asi dvoch Zeme by bola taká hviezda teoreticky hustejšia ako ktorákoľvek predtým pozorovaná hviezda.
Objekt Thorn - Zhitkova
V roku 1977 Kip Thorne a Anna Zhitkova publikovali dokument, v ktorom podrobne opisujú nový typ hviezdy s názvom Thorn-Zhitkova Object (OTZ). OTZ je hybridná hviezda vytvorená zrážkou červeného supergiantu a malej hustej neutrónovej hviezdy. Pretože červený supergiant je neuveriteľne veľká hviezda, neutrónovej hviezde bude najskôr trvať stovky rokov, kým sa najskôr prelomí vnútornou atmosférou. Kým sa vrieha do hviezdy, orbitálny stred (barycenter) týchto dvoch hviezd sa bude pohybovať smerom k stredu supergiant. Nakoniec sa tieto dve hviezdy zlúčia a vytvoria veľkú supernovu a nakoniec čiernu dieru.
Pri pozorovaní by sa OTZ spočiatku podobal typickému červenému supergiantovi. Napriek tomu by OTZ mala pre nezvyčajného červeného supersignára množstvo nezvyčajných vlastností. Nielenže sa bude líšiť jeho chemické zloženie, ale neutrónová hviezda, ktorá do nej vrhá rádiové žiarenie, bude zvonka vyžarovať. Je pomerne ťažké nájsť OTL, pretože sa príliš nelíši od obyčajného červeného supergiantu. OTZ sa okrem toho nevytvára skôr v našom galaktickom prostredí, ale bližšie k centru Mliečnej dráhy, kde sú hviezdy balené bližšie.
To však nezabránilo astronómom v hľadaní kanibalovej hviezdy av roku 2014 bolo oznámené, že supergiant HV 2112 by mohol byť možným OTZ. Vedci zistili, že HV 2112 má nezvyčajne vysoké množstvo kovových prvkov pre červených supergiantov. Chemické zloženie HV 2112 sa zhoduje s tým, čo predpokladali Thorne a Zhitkova v 70. rokoch, takže astronómovia považujú túto hviezdu za silného kandidáta na prvý pozorovaný OTG. Je potrebný ďalší výskum, bolo by však dobré si myslieť, že ľudstvo objavilo prvú kanibalovú hviezdu.
Zmrazená hviezda
Obyčajná hviezda spaľuje vodík, vytvára hélium a podporuje sa tlakom zvnútra, ktorý sa zrodil v procese. Ale jedného dňa dôjde vodík a nakoniec hviezda musí spáliť ťažšie prvky. Bohužiaľ, energia unikajúca z týchto ťažkých prvkov nie je toľko ako z vodíka a hviezda sa začína ochladzovať. Keď hviezda prejde na supernovu, osiata vesmír kovovými prvkami, ktoré sa potom podieľajú na tvorbe nových hviezd a planét. Ako vesmír dozrieva, stále viac a viac hviezd exploduje. Astrofyzici ukázali, že spolu so starnutím vesmíru sa zvyšuje aj jeho celkový obsah kovov.
V minulosti v hviezdach prakticky neexistoval žiadny kov, ale v budúcnosti budú mať hviezdy výrazne vyšší počet kovov. Ako bude vesmír starnúť, budú sa vytvárať nové a nezvyčajné typy kovových hviezd, vrátane hypotetických zamrznutých hviezd. Tento typ hviezdy bol navrhnutý v 90. rokoch. S množstvom kovov vo vesmíre budú novo vytvorené hviezdy potrebovať nižšie teploty, aby sa stali hviezdami hlavnej sekvencie. Najmenšími hviezdami s hmotnosťou 0,04 hviezd (rádovo podľa hmotnosti Jupitera) sa môžu stať hviezdy s hlavnou sekvenciou, ktoré udržiavajú jadrovú fúziu pri teplotách 0 stupňov Celzia. Budú zamrznuté a obklopené mrakmi zamrznutého ľadu. V ďalekej vzdialenej budúcnosti tieto zamrznuté hviezdy vytlačia väčšinu bežných hviezd v chladnom a bezútešnom vesmíre.
Magnetosféricky večný kolaps objektu
Každý je už zvyknutý na to, že s čiernymi dierami je spojené množstvo nepochopiteľných vlastností a paradoxov. Aby sa nejako dokázali vyrovnať s problémami spojenými s matematikou čiernych dier, teoretici predpokladali celý rad objektov v tvare hviezd. V roku 2003 vedci uviedli, že čierne diery nie sú vlastne singularity, o ktorých sa zvyklo veriť, ale sú exotickým typom hviezdy zvanej „magnetosféricky navždy sa zrútiaci objekt“(MVCO, MECO). Model MVCO je pokus o vysporiadanie sa s teoretickým problémom: zdá sa, že sa zrútená čierna diera pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla.
MVCO sa tvorí ako obyčajná čierna diera. Gravitácia prevyšuje hmotu a hmota sa začína samovoľne rozpadávať. Ale v MVCO žiarenie vznikajúce zrážkou častíc vytvára vnútorný tlak podobný tlaku generovanému pri fúznom procese v jadre hviezdy. Toto umožňuje spoločnosti MVCO zostať úplne stabilné. Nikdy nevytvára horizont udalostí a nikdy sa úplne nezhroutí. Čierne diery sa nakoniec prepadnú do seba a vyparia sa, ale zrútenie MVCO bude vyžadovať nekonečné množstvo času. Je teda v stave trvalého kolapsu.
Teórie MVCO riešia veľa problémov s čiernymi dierami vrátane problému s informáciami. Pretože MVCO sa nikdy nerozpadne, nie je problém ničenia informácií, ako v prípade čiernej diery. Avšak bez ohľadu na to, aké sú teórie MVKO nádherné, komunita fyzikov ich víta s veľkým skepticizmom. Kvazary sú považované za čierne diery obklopené svetelným akréčným diskom. Astronómovia dúfajú, že nájdu kvasar s presnými magnetickými vlastnosťami MVCO. Doposiaľ neboli nájdené žiadne, ale možno nové teleskopy, ktoré budú študovať čierne diery, vrhnú svetlo na túto teóriu. Medzitým zostáva MVKO zaujímavým riešením problémov s čiernymi dierami, ale ďaleko od popredného kandidáta.
Populačné hviezdy III
Už sme diskutovali o zamrznutých hviezdach, ktoré sa objavia na konci vesmíru, keď sa všetko stane príliš kovovým na to, aby sa vytvorili horúce hviezdy. Ale čo hviezdy na druhom konci spektra? Tieto hviezdy, tvorené z prvotných plynov, ktoré zostali z Veľkého tresku, sa nazývajú hviezdy Obyvateľstva III. Hviezdny populačný diagram predstavil Waltor Baade v 40. rokoch 20. storočia a opisuje kovový obsah hviezdy. Čím staršia populácia, tým vyšší je obsah kovov. Dlho boli iba dve populácie hviezd (s logickým názvom populácia I a populácia II), ale moderní astrofyzici začali vážne hľadať hviezdy, ktoré mali existovať bezprostredne po Veľkom tresku.
V týchto hviezdach neboli žiadne ťažké prvky. Pozostávali výlučne z vodíka a hélia, rozptýlených lítiom. Hviezdy Obyvateľstva III boli absurdne jasné a obrovské, väčšie ako mnoho moderných hviezd. Ich lodenice nielen syntetizovali spoločné prvky, ale boli poháňané reakciami ničenia temnej hmoty. Žili tiež veľmi málo, iba niekoľko miliónov rokov. Nakoniec všetko vodík a palivo hélia týchto hviezd vyhoreli, použili na fúziu prvky z ťažkých kovov a explodovali a rozptýlili ťažké prvky po celom vesmíre. V mladom vesmíre nič neprežilo.
Ale ak nič neprežilo, prečo by sme o tom mali premýšľať? Astronómovia sa veľmi zaujímajú o hviezdy III. Populácie, pretože nám umožnia lepšie porozumieť tomu, čo sa stalo vo Veľkom tresku a ako sa vyvíjal mladý vesmír. A rýchlosť svetla pomôže astronómom v tomto. Ak astronómovia nájdu neuveriteľne vzdialenú hviezdu, vzhľadom na konštantnú rýchlosť svetla, budú sa v podstate obzerať v čase. Skupina astronómov z Ústavu astrofyziky a vesmírnych vied sa snaží vidieť galaxie, ktoré sú najvzdialenejšie od Zeme a ktoré sme sa snažili vidieť. Svetlo týchto galaxií sa malo objaviť niekoľko miliónov po Veľkom tresku a mohlo obsahovať svetlo z hviezd Populácie III. Štúdium týchto hviezd umožní astronómom pozerať sa späť v čase. Štúdium hviezd Obyvateľstva III nám tiež ukáže, odkiaľ sme prišli. Tieto hviezdy boli medzi prvými, ktorí nasadili vesmír do vesmíru prvkami, ktoré dávajú život a sú nevyhnutné pre ľudskú existenciu.
Kvazi hviezda
Aby nedošlo k zámene s kvazarom (objektom, ktorý vyzerá ako hviezda, ale nie je), kvazi-hviezda je teoretický typ hviezdy, ktorý by mohol existovať iba v mladom vesmíre. Rovnako ako OTZ, o ktorom sme hovorili vyššie, mala byť kvázi-hviezda kanibalskou hviezdou, ale namiesto toho, aby ukrývala inú hviezdu v strede, skrýva čiernu dieru. Kvázi hviezdy by sa mali tvoriť z obrovských hviezd Populácie III. Keď sa obyčajné hviezdy zrútia, idú supernovy a zanechajú čiernu dieru. V kvázi hviezdach by hustá vonkajšia vrstva jadrového materiálu pohltila všetku energiu unikajúcu zo zrúteného jadra, zostala by na svojom mieste a nešla by supernova. Vonkajší plášť hviezdy by zostal neporušený, zatiaľ čo vnútorný plášť by tvoril čiernu dieru.
Rovnako ako moderná fúzna hviezda by kvázi-hviezda dosiahla rovnováhu, hoci by ju podporovala viac ako iba fúzna energia. Energia vyžarovaná z jadra, čierna diera, by poskytla tlak, aby odolala gravitačnému kolapsu. Kvázi-hviezda by sa živila hmotou padajúcou do vnútornej čiernej diery a uvoľňovala energiu. Kvôli tejto silnej emitovanej energii by kvázi-hviezda bola neuveriteľne jasná a 7000-krát hmotnejšia ako Slnko.
Nakoniec by však kvázi-hviezda stratila svoj vonkajší plášť asi po miliónoch rokov a zanechala by iba obrovskú čiernu dieru. Astrofyzici navrhli, že staroveké kvázi hviezdy boli zdrojom superhmotných čiernych dier v centrách väčšiny galaxií vrátane tých našich. Mliečna dráha mohla začať s jednou z týchto exotických a nezvyčajných starodávnych hviezd.
Preonová hviezda
Filozofi sa po stáročia hádali o najmenšom možnom rozdelení hmoty. Vedci pozorovali protóny, neutróny a elektróny a zistili, že našli základnú štruktúru vesmíru. Ale ako sa veda posunula vpred, častice sa našli čoraz menej a náš koncept vesmíru sa musel revidovať. Hypoteticky by rozdelenie mohlo trvať večne, ale niektorí teoretici považujú preony za najmenšie častice prírody. Preón je bodová častica, ktorá nemá priestorovú expanziu. Fyzici často opisujú elektróny ako bodové častice, ale toto je tradičný model. Elektróny majú vlastne expanziu. Teón teoreticky jeden nemá. Môžu to byť najzákladnejšie subatomárne častice.
Zatiaľ čo výskum preónov je v súčasnosti mimo módy, nezabráni to vedcom diskutovať o tom, ako by mohli vyzerať hviezdy preónov. Hviezdy preonu by boli veľmi malé, veľkosť medzi hráškom a futbalovou loptou. Hmota balená v tomto malom objeme by sa rovnala hmotnosti Mesiaca. Hviezdy preónu by boli podľa astronomických štandardov ľahké, ale oveľa hustejšie ako neutrónové hviezdy, najhustejšie pozorované objekty.
Tieto malé hviezdy by bolo veľmi ťažké vidieť vďaka gravitačným šošovkám a gama lúčom. Niektorí teoretici kvôli svojej nenápadnej povahe považujú navrhované hviezdy preónov za kandidátov na temnú hmotu. Vedci na urýchľovačoch častíc sa však skôr zaujímajú o Higgsov bozón, namiesto toho, aby hľadali preóny, takže ich existencia bude alebo nemusí byť potvrdená veľmi skoro.
Planckova hviezda
Jedna z najväčších otázok o čiernych dierach je: aké sú z vnútornej strany? K tejto téme bolo publikovaných nespočetné množstvo kníh, filmov a článkov, od fantastických špekulácií po najťažšiu a najpresnejšiu vedu. A ešte neexistuje konsenzus. Stred čiernej diery sa často označuje ako singularita s nekonečnou hustotou a žiadnymi priestorovými rozmermi, čo to však znamená? Moderní teoretici sa snažia obísť tento nejasný opis a zistiť, čo sa v skutočnosti deje v čiernej diere. Zo všetkých teórií je jedným z najzaujímavejších predpoklad, že v strede čiernej diery je hviezda nazývaná Planckova hviezda.
Navrhovaná hviezda Planck bola pôvodne navrhnutá na vyriešenie paradoxu informácií o čiernych dierach. Ak považujeme čiernu dieru za bod jedinečnosti, má to nepríjemný vedľajší účinok: informácie sa zničia, preniknú do čiernej diery a porušia zákony ochrany. Ak je však v strede čiernej diery hviezda, vyrieši to problém a pomôže aj s otázkami horizontu udalostí čiernej diery.
Ako ste asi museli uhádnuť, Planckova hviezda je zvláštna vec, ktorú však podporuje konvenčná jadrová fúzia. Jej názov vychádza zo skutočnosti, že takáto hviezda bude mať hustotu energie blízku hustote Plancka. Hustota energie je mierou energie obsiahnutej v oblasti vesmíru a Planckova hustota je obrovské množstvo: 5,15 x 10 ^ 96 kilogramov na meter kubický. Je to veľa energie. Teoreticky by toľko energie mohlo byť vo vesmíre hneď po Veľkom tresku. Bohužiaľ, nikdy neuvidíme Planckovu hviezdu, ak je umiestnená vo vnútri čiernej diery, ale tento predpoklad nám umožňuje vyriešiť niekoľko astronomických paradoxov.
Nadýchaná guľa
Fyzici radi prichádzajú s vtipnými menami pre komplexné nápady. Fluffy Ball je najroztomilejšie meno, aké by ste si mohli myslieť pre smrtiacu oblasť vesmíru, ktorá by vás mohla okamžite zabiť. Nadýchaná teória gúľ pochádza zo snahy opísať čiernu dieru pomocou myšlienok teórie strún. V podstate nie je našuchorená guľa skutočnou hviezdou v tom zmysle, že nejde o miasmu ohnivej plazmy poháňanej fúziou. Skôr je to oblasť zamotaných reťazcov energie podporovaná ich vlastnou vnútornou energiou.
Ako bolo uvedené vyššie, hlavným problémom s čiernymi dierami bolo zistiť, čo je v nich. Tento hlboký problém je experimentálnou aj teoretickou záhadou. Teórie štandardných čiernych dier vedú k množstvu protirečení. Stephen Hawking ukázal, že čierne diery sa vyparujú, čo znamená, že akékoľvek informácie v nich sa navždy stratia. Modely s čiernymi dierami ukazujú, že ich povrch je vysokoenergetický „firewall“, ktorý odparuje prichádzajúce častice. A čo je najdôležitejšie, teórie kvantovej mechaniky nefungujú, keď sa aplikujú na jedinečnosť čiernej diery.
Nadýchaná guľa rieši tieto problémy. Aby sme pochopili, čo je našuchorená guľa, predstavte si, že žijeme v dvojrozmernom svete, ako na kus papiera. Ak niekto vloží valec na papier, vnímame ho ako dvojrozmerný kruh, aj keď tento objekt skutočne existuje v troch dimenziách. Vieme si predstaviť, že v našom vesmíre existujú arogantné štruktúry; v teórii strun sa nazývajú otruby. Keby existovali viacrozmerné otruby, vnímali by sme ich iba pomocou našich 4D zmyslov a matematiky. Teoretici strun navrhli, že to, čo nazývame čiernou dierou, je vlastne naše nízkorozmerné vnímanie viacrozmernej strunovej štruktúry prechádzajúcej cez náš štvorrozmerný priestoročas. Potom čierna diera nebude singularitou; bude to iba priesečník nášho vesmírneho času s mnohorozmernými reťazcami. Táto priesečník je našuchorená guľa.
To všetko sa javí ako ezoterické a vyvoláva veľa otázok. Ak sú však čierne diery skutočne našuchorené spleti, vyriešia veľa paradoxov. Majú tiež mierne odlišné vlastnosti ako čierne diery. Namiesto jednorozmernej singularity má našuchorená guľa určitý objem. Ale napriek určitému objemu nemá presný horizont udalostí, jeho hranice sú „načechrané“. Umožňuje tiež fyzikom opísať čiernu dieru pomocou princípov kvantovej mechaniky. Aj tak je našuchorená guľa vtipné meno, ktoré oslabuje náš prísny vedecký jazyk.
Na základe materiálov zo stránok listverse.com
Ilja Khel