10 vreemde theoretische sterren

Sinds de vroege geschiedenis zijn mensen gefascineerd door sterren. Met de moderne wetenschap weten we veel over de sterren, inclusief hun verschillende soorten en structuren. Kennis over dit onderwerp is nog in ontwikkeling en astrofysici hebben een verscheidenheid aan theoretische sterren voorgesteld die mogelijk in ons universum bestaan. Naast de theoretische sterren zijn sterachtige objecten, astronomische structuren die eruit zien en zich gedragen als sterren, maar niet de standaardkenmerken hebben die we aan sterren toeschrijven, voornamelijk de chemische structuur en fusie-energiebron. De objecten op deze lijst zijn op het snijvlak van fysiek onderzoek en zijn nog niet direct geobserveerd.

10 Quark Star

Een ster aan het einde van zijn leven kan instorten tot een zwart gat, een witte dwerg of een neutronenster. Als de ster voldoende dicht is voordat deze uitbarst in een supernova, zal het stellaire overblijfsel een neutronenster vormen. Wanneer dit gebeurt, wordt de ster extreem heet en dicht. Met zoveel materie en energie probeert de ster in te storten op zichzelf en een singulariteit te vormen, maar de fermionische deeltjes in het centrum (in dit geval neutronen) gehoorzamen het Pauli-uitsluitingsprincipe. Dit betekent dat de neutronen niet in dezelfde kwantumtoestand kunnen worden samengedrukt, dus duwen ze terug tegen de instortende materie en bereiken ze een evenwicht.

Al decennia lang dachten astronomen dat een neutronenster in evenwicht zou blijven. Maar toen de kwantumtheorie verder ontwikkelde, stelden astrofysici een nieuw type ster voor dat zou voorkomen wanneer de degeneratieve druk van de neutronenkern zou mislukken. Dit wordt een quarkster genoemd. Naarmate de druk van de stermassa toeneemt, breken de neutronen uiteen in hun samenstellende op en neer gaande quarks, die onder intense druk en energie vrij zouden kunnen bestaan ​​in plaats van koppeling om hadronen te produceren zoals protonen en neutronen. "Vreemde materie" genoemd, deze soep van quarks zou ongelooflijk dicht zijn, meer dan een normale neutronenster.

Astrofysici debatteren nog steeds over hoe precies deze sterren zouden vormen. Sommige theorieën stellen dat ze optreden wanneer de massa van een ineenstortende ster tussen de benodigde massa ligt om een ​​zwart gat of een neutronenster te vormen. Andere onderzoekers hebben meer exotische mechanismen getheoretiseerd. Een leidende theorie is dat er quarksterren ontstaan ​​wanneer dichte pakketten van al bestaande vreemde materie verpakt in zwak interagerende massieve deeltjes (of WIMP's) botsen met een neutronenster, de kern zaaien met vreemde materie en beginnen aan de transformatie. Als dit gebeurt, zou de neutronenster een "korst" van neutronenstermateriaal houden, waardoor het effectief lijkt op een neutronenster terwijl het een kern van vreemde materie heeft. Hoewel er geen quarksterren zijn gevonden, kunnen veel van de neutronensterren die zijn waargenomen in het geheim quarksterren zijn.

9 Electroweak Star

Hoewel de quarkster de laatste fase van het leven van een ster lijkt te zijn voordat hij sterft en een zwart gat wordt, hebben fysici onlangs nog een andere theoretische ster voorgesteld die zou kunnen bestaan ​​tussen een quarkster en een zwart gat. Riep de elektrozwakke ster, dit theoretische type zou in staat zijn om evenwicht te handhaven als gevolg van de complexe interacties tussen de zwakke kernkracht en de elektromagnetische kracht, gezamenlijk bekend als de elektrozwakke kracht.

In een elektrozwakke ster zou de druk en de energie van de massa van de ster de kern van vreemde materie van de quarkster naar beneden drukken. Naarmate de energie intensiveert, mengen de elektromagnetische en zwakke nucleaire krachten, en er blijft geen onderscheid tussen de twee krachten. Met dit energieniveau lossen de quarks in de kern op in leptonen, zoals elektronen en neutrino's. Het grootste deel van de vreemde materie zou neutrino's worden en de vrijgekomen energie zou genoeg uiterlijke kracht verschaffen om de stellaire instorting te stoppen.

Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het vinden van een elektrozwarte ster, omdat de eigenschappen van de kern na de oerknal een miljardste seconde minder zouden zijn dan het vroege universum. Op dat moment in de geschiedenis van ons universum was er geen onderscheid tussen zwakke kernkracht en elektromagnetische kracht. Het is moeilijk gebleken om theorieën over die tijd te formuleren, dus het vinden van een elektrozwakke ster zou een enorme impuls geven aan kosmologisch onderzoek.

Een elektrozwarte ster zou ook een van de dichtste objecten in het universum zijn. De kern van een elektrozwakke ster is zo groot als een appel, maar bevat de massa van twee aardes, waardoor deze dichter is dan elke eerder waargenomen ster.

8 Thorne-Zytkow Object

In 1977 publiceerden Kip Thorne en Anna Zytkow een artikel met een nieuw type ster, een Thorne-Zytkow-object (TZO). Een TZO is een hybride ster gevormd door de botsing tussen een rode superreus en een kleine, dichte neutronenster. Omdat een rode superreus een extreem grote ster is, zou de neutronenster honderden jaren nodig hebben om gewoon de innerlijke atmosfeer te doorbreken. Terwijl het zich blijft ingraven in de ster, zal het orbitale centrum (het barycentrum genoemd) van de twee sterren naar het centrum van de superreus toe bewegen. Uiteindelijk zullen de twee sterren samenvloeien, waardoor er een grote supernova ontstaat en uiteindelijk een zwart gat.

Als het wordt waargenomen, ziet de TZO er in eerste instantie uit als een typische rode superreus. De TZO zou echter een aantal ongewone eigenschappen hebben voor een rode superreus. Niet alleen zou de chemische samenstelling enigszins verschillen, maar de gravende neutronenster zou van binnenuit radiogolven uitbarsten. Het vinden van een TZO is buitengewoon moeilijk vanwege hoe subtiel het verschilt van een normale rode superreus. Ook zou een TZO zich waarschijnlijk niet in onze galactische buurt vormen, maar eerder dichter bij het centrum van de Melkweg, waar sterren dichter opeengepakt zitten.

Toch heeft dat astronomen er niet van weerhouden om naar een kannibaalster te zoeken, en in 2014 werd aangekondigd dat de superreus HV 2112 een mogelijke TZO was.Onderzoekers ontdekten dat HV 2112 een ongebruikelijk hoog gehalte aan metalen elementen heeft voor een rode superreus. De chemische samenstelling van HV 2112 komt overeen met wat Thorne en Zytkow in de jaren 1970 theoretiseerden, dus astronomen beschouwen het als een sterke kandidaat voor de eerste geobserveerde TZO. Meer onderzoek is vereist, maar het is opwindend om te denken dat de mensheid zijn eerste kannibaalster heeft gevonden.

7 Frozen Star

Een standaardster combineert waterstofbrandstof om helium te maken en ondersteunt zichzelf met de uiterlijke druk van dit proces. De waterstof kan echter niet eeuwig duren en uiteindelijk moet de ster zwaardere elementen verbranden. Helaas is de energie die vrijkomt uit deze zwaardere elementen niet zoveel als waterstof, en begint de ster af te koelen. Wanneer de ster uiteindelijk supernova wordt, zaait hij het universum met de metalen elementen die een rol zullen spelen bij het vormen van nieuwe sterren en planeten. Naarmate het universum in de tijd vooruitgaat, exploderen steeds meer sterren. Astrofysici hebben aangetoond dat naarmate het universum ouder wordt, het algehele metaalgehalte zal toenemen.

In het verleden hadden sterren bijna geen metaal in zich, maar in de toekomst zullen sterren een sterk verhoogd metaalgehalte hebben. Naarmate het universum ouder wordt, zullen zich nieuwe en ongewone soorten metalen sterren vormen, waaronder de hypothetische bevroren ster. Dit type ster werd in de jaren negentig voorgesteld. Met een overvloed aan metaal in het universum, zouden nieuw vormende sterren een veel lagere temperatuur nodig hebben om een ​​hoofdreeksster te worden. De kleinste sterren, met 0,04 sterrenmassa's (ongeveer de massa van Jupiter), zouden de hoofdreeks kunnen worden door kernfusie bij slechts 0 graden Celsius (32 ° F) te ondersteunen. Ze zouden worden bevroren en omgeven door wolken bevroren ijs. In de verre toekomst zullen deze bevroren sterren de meeste reguliere sterren in een koud en somber universum vervangen.

6 Magnetospheric Eternally Collapsing Object

https://www.youtube.com/watch?v=_X-XNCjBJp8
Het zal geen verrassing zijn dat er veel verwarrende eigenschappen en paradoxen zijn met zwarte gaten. Om de problemen die inherent zijn aan zwart gat wiskunde aan te pakken, hebben theoretici een verscheidenheid aan sterachtige objecten voorgesteld. In 2003 stelden wetenschappers dat zwarte gaten eigenlijk geen singulariteiten zijn, zoals algemeen wordt gedacht, maar een exotisch type ster zijn, het magnetosferisch eeuwig ineenstortend object (MECO). Het MECO-model is een poging om het theoretische probleem aan te pakken dat de kwestie van een ineenstortend zwart gat sneller lijkt te gaan dan de snelheid van het licht.

Een MECO vormt net als een normaal zwart gat. Materie wordt overwonnen door de zwaartekracht en begint in te storten op zichzelf. In een MECO creëert de straling die wordt geproduceerd door botsende subatomaire deeltjes echter een naar buiten gerichte druk die niet anders is dan de druk die wordt veroorzaakt door fusie in de kern van een ster. Hierdoor kan de MECO relatief stabiel blijven. Het vormt nooit een gebeurtenissenhorizon en valt nooit volledig in. Zwarte gaten vallen uiteindelijk in op zichzelf en verdampen, maar een MECO zou een oneindige hoeveelheid tijd nodig hebben om in te storten. Daardoor komt het in een toestand van eeuwig instorten.

MECO-theorieën lossen veel problemen op met zwarte gaten, inclusief de informatie. Omdat een MECO nooit ineenstort, heeft het niet de problemen van informatievernietiging als een zwart gat. Hoe opwindend de MECO-theorieën ook zijn, ze zijn in de fysica-gemeenschap met veel scepsis opgewacht. Quasars worden over het algemeen beschouwd als zwarte gaten omringd door een lichtgevende accretieschijf, dus hebben astronomen geprobeerd een quasar te vinden met de precieze magnetische eigenschappen van een MECO. Geen enkele is overtuigend gevonden, maar nieuwe telescopen die op zoek zijn naar zwarte gaten zouden meer licht op de theorie moeten werpen. Voor nu is de MECO een interessante oplossing voor problemen met zwart gat, maar geen leidende kandidaat.

5 Bevolking III Ster

We hebben al gesproken over bevroren sterren die bestaan ​​aan het einde van het universum, wanneer alles veel te metaalachtig is geworden om hete sterren te vormen. Maar hoe zit het met sterren aan de andere kant van het spectrum? Deze sterren, samengesteld uit het oorspronkelijke gas dat overblijft na de oerknal, worden populatie III-sterren genoemd. De sterpopulatie werd bedacht door Walter Baade in de jaren 1940 en beschreef de metaalinhoud van een ster. Hoe hoger de bevolking, hoe hoger het metaalgehalte. Voor de langste tijd waren er slechts twee populaties van sterren (logisch met de namen Populatie I en Populatie II), maar moderne astrofysici zijn begonnen met serieus onderzoek naar de sterren die direct na de oerknal moeten hebben bestaan.

Deze sterren bevatten geen zwaardere elementen. Ze waren volledig samengesteld uit waterstof en helium, met mogelijke sporenhoeveelheden lithium. Populatie III-sterren waren absurd helder en gigantisch, groter dan de meeste huidige sterren. Hun kern zou niet alleen normale elementen samensmelten, maar ook worden aangedreven door vernietigingsreacties van donkere materie. Ze waren ook extreem kortstondig en duurden slechts ongeveer twee miljoen jaar. Uiteindelijk verbrandden deze sterren al hun waterstof- en heliumbrandstof, begonnen hun brandstof te smelten tot zwaardere metalen elementen en ontploften, waarbij ze hun zwaardere elementen over het universum verspreidden. Geen heeft het vroege universum overleefd.

Als niemand het overleeft, waarom geven we dan om hen? Astronomen zijn erg geïnteresseerd in Population III-sterren omdat ze ons in staat stellen om een ​​beter begrip te krijgen van wat er in de oerknal is gebeurd en hoe het vroege universum zich heeft ontwikkeld. In deze poging is de snelheid van het licht de vriend van een astronoom. Gezien de constante waarde van lichtsnelheid, als astronomen extreem verre sterren kunnen vinden, kijken ze eigenlijk terug in de tijd. Een team van astronomen van het Instituut voor Astrofysica en Ruimtevaartwetenschappen probeert sterrenstelsels verder van de aarde te bekijken dan ooit tevoren.Het licht van deze sterrenstelsels zou slechts enkele miljoenen jaren na de oerknal zijn en zou het licht van Population III-sterren kunnen bevatten. Door deze sterren te bestuderen, kunnen astronomen terugkijken in de tijd. Bovendien laat het bestuderen van Populatie III-sterren ons ook zien waar we vandaan kwamen. Die vroege sterren zijn degenen die het universum hebben bezaaid met de levengevende elementen die nodig zijn voor het menselijk bestaan.

4 Quasi-Star

Niet te verwarren met een quasar (een object dat op een ster lijkt maar dat in werkelijkheid niet is), de quasi-ster is een theoretisch type ster dat alleen in het vroege universum kon bestaan. Zoals de TZO hierboven vermeld, zou de quasi-ster een kannibaalster zijn geweest, maar in plaats van een andere ster in het midden had hij een zwart gat. Quasi-sterren zouden gevormd zijn door enorme Population III-sterren. Wanneer normale sterren instorten, gaan ze supernova en verlaten een zwart gat. In een quasi-ster zou de dichte buitenste laag van nucleair materiaal de energiestoot van de instorting van de kern hebben geabsorbeerd en op zijn plaats blijven zitten zonder supernova te gaan gebruiken. De buitenste schil van de ster zou intact blijven, terwijl de binnenkant een zwart gat vormde.

Als een moderne fusie-gebaseerde ster zou de quasi-ster een evenwicht bereiken, hoewel het zou zijn opgehouden door meer dan de energie van samensmelting. De energie die wordt uitgezonden door de kern met zwart gat zou de uiterlijke druk hebben verschaft om gravitatie-instorting te weerstaan. Een quasi-ster zou zijn gevoed door materie die in het interne zwarte gat valt en energie vrijgeeft. Vanwege de enorme energievrijgave zou een quasi-ster extreem helder zijn geweest en ongeveer 7.000 keer massiever dan de zon.

Uiteindelijk zou een quasi-ster echter na ongeveer een miljoen jaar zijn externe omhulsel verliezen, waardoor alleen een enorm zwart gat overblijft. Astrofysici hebben getheoretiseerd dat oude quasi-sterren de bron waren van de superzware zwarte gaten in de centra van de meeste sterrenstelsels, inclusief de onze. De Melkweg zou kunnen zijn begonnen als een van deze exotische en ongewone oude sterren.

3 Preon Star

Filosofen hebben door de eeuwen heen ruzie gemaakt over wat de kleinst mogelijke verdeling van materie is. Met de waarneming van protonen, neutronen en elektronen dachten wetenschappers dat ze de onderliggende structuur van het universum hadden gevonden. Toen de wetenschap echter vooruit marcheerde, werden kleinere en kleinere deeltjes gevonden, die onze opvatting van ons universum opnieuw hebben uitgevonden. Hypothetisch zou dit voor altijd kunnen doorgaan, maar sommige theoretici hebben de preont voorgesteld als de kleinste brok van de natuur. Een preon is een puntdeeltje en heeft geen ruimtelijke dimensie. Fysici zullen vaak deeltjes als een elektron als een puntdeeltje beschrijven, maar dat is slechts een handig model. Elektronen hebben eigenlijk een dimensie. In theorie doet een preontje dat niet. Ze zouden het meest basale subatomaire deeltje zijn.

Hoewel preon-onderzoek momenteel niet in zwang is, heeft dat wetenschappers er niet van weerhouden om te bespreken hoe een ster gemaakt van preons eruit zou zien. Preon-sterren zouden extreem klein zijn, variërend in grootte ergens tussen een erwt en een voetbal. Verpakt in dat kleine gebied zou de massa van de maan zijn. Preon-sterren zouden volgens astronomische normen licht zijn, maar veel dichter dan neutronensterren, het dichtst waargenomen object.

Deze kleine sterren zouden extreem moeilijk te zien zijn en zouden alleen zichtbaar zijn door gravitatielensvorming en gammastraling te observeren. Vanwege hun niet-detecteerbare aard hebben sommige theoretici vooronsterren voorgesteld als kandidaten voor donkere materie. Onderzoekers aan deeltjesversnellers richten zich echter op onderzoek met het Higgs-deeltje in plaats van op het zoeken naar voorstukken, dus het zal nog lang duren voordat het bestaan ​​van de preon wordt bewezen of weerlegd en nog langer voordat we een ster vinden die van hen is gemaakt.

2 Planck Star

Een van de meest interessante vragen over zwarte gaten is hoe ze aan de binnenkant zitten. Talloze films, boeken en kranten zijn gepubliceerd over dit onderwerp, variërend van fantastisch tot zeer wetenschappelijk. Er is geen consensus in de natuurkundegemeenschap. Vaak wordt het midden van een zwart gat beschreven als een singulariteit met oneindige dichtheid en geen ruimtelijke dimensie, maar wat betekent dat eigenlijk? Moderne theoretici proberen voorbij die vage beschrijving te komen en ontdekken eigenlijk wat er in een zwart gat gebeurt. Van alle theorieën, een van de meest fascinerende is dat het midden van een zwart gat eigenlijk een ster bevat die een Planck ster wordt genoemd.

De motivatie achter het Planck-stervoorstel is om de zwart-gatinformatieparadox op te lossen. Als een zwart gat wordt beschouwd als slechts een punt singulariteit, dan heeft het de ongelukkige bijwerking van informatie die wordt vernietigd bij het binnengaan van het zwarte gat, het overtreden van behoudswetten. Als je een ster in het midden van een zwart gat hebt, wordt dit probleem opgelost en kun je problemen aan de gebeurtenishorizon van een zwart gat oplossen.

Zoals je zou kunnen raden, is een Planck-ster een vreemd beest, hoewel hij wordt ondersteund door normale kernfusie. De naam komt van het feit dat de ster een energiedichtheid zou hebben in de buurt van de dichtheid van het Planck. Energiedichtheid is een maat voor de energie in een gebied van de ruimte, en de dichtheid van Planck is enorm: 5,15 x 10 kilogram per kubieke meter. Dat is veel energie. Theoretisch gezien is het hoeveel energie er in het universum zat direct na de oerknal. Helaas zouden we nooit een Planck-ster kunnen zien als deze zich in een zwart gat bevond, maar het is een interessant idee om verschillende astronomische paradoxen op te lossen.

1 Fuzzball

Natuurkundigen houden ervan om leuke namen te bedenken voor complexe ideeën. "Fuzzball" is de schattigste naam ooit gegeven aan een regio van dodelijke ruimte die je ogenblikkelijk zou kunnen vermoorden. Fuzzball-theorie komt uit de poging om een ​​zwart gat te beschrijven met behulp van de ideeën van de snaartheorie.Als zodanig is een fuzzball geen echte ster in die zin dat het geen miasma is van gloeiend plasma dat wordt ondersteund door thermonucleaire fusie. Het is eerder een gebied van verstrengelde energiestrengen die worden ondersteund door hun eigen interne energie.

Zoals hierboven vermeld, is een belangrijk probleem met zwarte gaten het uitzoeken wat er in zit. Dit diepgaande probleem is zowel een observationeel als een theoretisch mysterie. Standaard zwart gat theorieën leiden tot een verscheidenheid aan tegenstrijdigheden. Stephen Hawking toonde aan dat zwarte gaten verdampen, wat betekent dat alle informatie in hen voorgoed verloren is. Modellen van het zwarte gat laten zien dat het oppervlak een energierijke "firewall" is die binnenkomende deeltjes verdampt. Het belangrijkste is dat de theorieën van de kwantummechanica niet werken wanneer ze worden toegepast op de singulariteit van een zwart gat.

Fuzzballs pakken deze zorgen aan. Om te begrijpen wat een fuzzball is, stel je voor dat we in een tweedimensionale wereld leefden als een stuk papier. Als iemand een cilinder op het papier zet, zullen we het als een tweedimensionale cirkel waarnemen, ook al bestaat het object in feite in drie dimensies. We kunnen ons voorstellen dat er hogere dimensionale structuren bestaan ​​in ons universum; in de snaartheorie worden deze branen genoemd. Als er een hoger dimensionale braan bestond, zouden we het alleen waarnemen met onze vierdimensionale zintuigen en wiskunde. Snaartheoretici hebben voorgesteld dat wat wij een zwart gat noemen in feite gewoon onze laagdimensionale perceptie van een hoger-dimensionale snaarstructuur is die doorkruist met onze vierdimensionale ruimte-tijd. Een zwart gat is dus niet echt een singulariteit; het is slechts de kruising van onze ruimte-tijd met hogere dimensionale reeksen. Dit kruispunt is het fuzzball.

Dat lijkt misschien esoterisch, en het is nog steeds fel bediscussieerd. Echter, als zwarte gaten eigenlijk fuzzballs zijn, lost het veel van de paradoxen op. Het heeft ook iets andere kenmerken dan zwarte gaten. In plaats van een eendimensionale singulariteit heeft de fuzzball een bepaald volume. Maar hoewel het een bepaald volume heeft, heeft het geen precieze gebeurtenishorizon, waardoor de randen 'fuzzy' worden. Het stelt natuurkundigen ook in staat om een ​​zwart gat te beschrijven met behulp van kwantummechanische principes. Bovendien is 'fuzzball' een heel leuke naam in onze wetenschappelijke taal.