Tähdet ovat kiehtoneet ihmisiä muinaisista ajoista lähtien. Nykyaikaisen tieteen ansiosta tiedämme melko paljon tähtiistä, niiden erityypeistä ja rakenteista. Tämän aiheen tietämystä päivitetään ja parannetaan jatkuvasti; astrofysiikot spekuloivat joukolla teoreettisia tähtiä, joita voi esiintyä universumissamme. Teoreettisten tähtien ohella on myös tähtiä muistuttavia esineitä, tähtitieteellisiä rakenteita, jotka näyttävät ja käyttäytyvät kuin tähdet, mutta joilla ei ole vakio-ominaisuuksia, joita kuvaamme tähtiin. Tämän luettelon esineet ovat fysiikan tutkimuksen partaalla, eikä niitä ole suoraan havaittu … vielä.
Quark-tähti
Elämänsä lopussa tähti voi romahtaa mustaan reikään, valkoiseksi kääpiöksi tai neutronitäheksi. Jos tähti on riittävän tiheä ennen kuin se menee supernovaan, tähtien jäänteet muodostavat neutronitähteen. Kun tämä tapahtuu, tähti muuttuu erittäin kuumaksi ja tiheäksi. Tällaisella aineella ja energialla tähti yrittää romahtaa itseensä ja muodostaa singulaarisuuden, mutta keskellä olevat fermioniset hiukkaset (tässä tapauksessa neutronit) noudattavat Pauli-periaatetta. Hänen mukaansa neutroneja ei voida puristaa samaan kvantitilaan, joten ne hylätään romahtavasta aineesta saavuttaen tasapainon.
Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenien ajan olettaneet, että neutronitähti pysyy tasapainossa. Mutta kvantiteorian kehittyessä astrofysiikot ehdottivat uuden tyyppistä tähtiä, joka voisi ilmestyä, jos neutronisydän rappeuttava paine loppuu. Sitä kutsutaan kvarkkitäheksi. Tähtimassan paineen kasvaessa neutronit hajoavat niiden komponentteihin, ylös- ja alaspäin kvarkeihin, jotka korkean paineen ja korkean energian ollessa voivat esiintyä vapaassa tilassa sen sijaan, että tuottaisivat hasoneja kuten protoneja ja neutroneja. "Kummallisesta asiasta" puhuttava tämä kvarkkikeitto olisi uskomattoman tiheä, tiheämpi kuin tavallinen neutronitähti.
Astrofysiikot keskustelevat edelleen siitä, kuinka nämä tähdet ovat mahdollisesti muodostuneet. Joidenkin teorioiden mukaan niitä esiintyy, kun romahtavan tähtimassan massa on mustan aukon tai neutronitähden muodostamiseksi tarvittavan massan välillä. Toiset ehdottavat eksoottisempia mekanismeja. Johtava teoria on, että kvarkkitähtiä muodostuu, kun heikosti vuorovaikutteisiin hiukkasiin (WIMP) käärittyjen olemassa olevien outojen aineiden tiheät paketit törmäävät neutronitähtiin, siementtäen sen ytimen omituisella aineella ja aloittaen muutoksen. Jos näin tapahtuu, neutronitähti ylläpitää neutronitähtimateriaalin "kuorta", jatkaen tosissaan näyttämään neutronitäheltä, mutta samalla omistaen omituisen materiaalin ytimen. Vaikka emme ole vielä löytäneet kvarkkitähtejä,monet havaituista neutronitähteistä saattavat olla salassa.
Mainosvideo:
Electroweak-tähdet
Vaikka kvarkkitähti voi olla tähtivaiheen viimeinen vaihe ennen kuin se kuolee ja siitä tulee musta aukko, fyysikot ehdottivat äskettäin toista teoreettista tähteä, joka voisi esiintyä kvarkkitähteen ja mustan aukon välillä. Niin kutsuttu sähköähtötähti pystyi ylläpitämään tasapainoa heikon ydinvoiman ja sähkövirtavoimana tunnettujen sähkömagneettisten voimien kompleksisen vuorovaikutuksen kautta.
Sähköätsässä tähtiä aiheuttavan paineen ja energian painetaan kvarkin tähden omituiseen ytimeen. Kun energia kasvaa, sähkömagneettiset ja heikot ydinvoimat sekoittuvat siten, että näiden kahden voiman välillä ei olisi eroa. Tällä energian tasolla ytimen kvarkit liukenevat leptoneiksi, kuten elektroneiksi ja neutriinoiksi. Suurin osa omituisesta aineesta muuttuu neutriinoiksi, ja vapautunut energia antaa tarpeeksi voimaa estämään tähden putoamisen.
Tutkijat ovat kiinnostuneita löytämään sähköähtimistä tähtiä, koska sen ytimen ominaisuudet olisivat samat kuin nuorella maailmankaikkeudella, joka on sekunnin miljardisosa toisen Ison räjähdyksen jälkeen. Tuolloin universumimme historiassa ei ollut eroa heikon ydinvoiman ja sähkömagneettisen voiman välillä. Ajankohtaisten teorioiden muotoilu osoittautui melko vaikeaksi, joten löysä sähköähkäisen muodossa auttaisi merkittävästi kosmologisessa tutkimuksessa.
Sähköähtävän tähden on myös oltava yksi maailmankaikkeuden tiheimmistä esineistä. Sähköähkäisen tähden ydin olisi omenan kokoinen, mutta noin kaksi massaa olevaa maata, mikä tekee tällaisesta tähdestä teoriassa tiheämmän kuin mikään aiemmin havaittu tähti.
Esine Thorn - Zhitkova
Vuonna 1977 Kip Thorne ja Anna Zhitkova julkaisivat paperin, jossa kuvataan uuden tyyppinen tähti, nimeltään Thorn-Zhitkova Object (OTZ). OTZ on hybridi tähti, joka muodostuu punaisen supergiantan ja pienen tiheän neutronitähden törmäyksestä. Koska punainen supergiant on uskomattoman suuri tähti, kestää satoja vuosia, ennen kuin neutronitähti vain murtautuu ensin sisäilman läpi. Kun se on täynnä tähtiä, kahden tähden kiertoradan keskipiste (barycenter) siirtyy kohti supergiant keskustaa. Lopulta kaksi tähteä sulautuvat muodostaen suuren supernoovan ja lopulta mustan aukon.
Kun havaitaan, OTZ muistuttaa aluksi tyypillistä punaista superväkeä. Siitä huolimatta OTZ: lla olisi joukko epätavallisia ominaisuuksia punaiselle supergentille. Sen kemiallinen koostumus ei vain eroa, vaan siihen urheutuva neutronitähti säteilee radiosäteilyä sisältä. OTL: n löytäminen on melko vaikeaa, koska se ei eroa paljon tavallisesta punaisesta supergiantista. Lisäksi OTZ muodostuu melko ei galaktisissa ympäristöissämme, vaan lähempänä Linnunradan keskustaa, jossa tähdet pakataan tiiviimmin.
Tämä ei kuitenkaan estänyt tähtitieteilijöitä etsimästä kannibaalitähteä, ja vuonna 2014 ilmoitettiin, että supergiant HV 2112 voi olla mahdollinen OTZ. Tutkijat ovat havainneet, että HV 2112: ssä on epätavallisen suuri määrä metallielementtejä punaisille superkiskoille. HV 2112: n kemiallinen koostumus vastaa sitä, mitä Thorne ja Zhitkova olettivat 1970-luvulla, joten tähtitieteilijät pitävät tätä tähteä voimakkaana ehdokkaana ensimmäiselle havaitulle OTG: lle. Tarvitaan lisätutkimuksia, mutta olisi hienoa ajatella, että ihmiskunta on löytänyt ensimmäisen kannibaalitähden.
Jäädytetty tähti
Tavallinen tähti polttaa vetypolttoainetta luomalla heliumia ja tukemalla itseään prosessin aikana syntyneellä paineella. Mutta joskus vety loppuu ja lopulta tähti tarvitsee polttaa raskaampia alkuaineita. Valitettavasti näistä raskaista elementeistä pakeneva energia ei ole yhtä paljon kuin vedystä ja tähti alkaa jäähtyä. Kun tähti menee supernovaan, se siementtää maailmankaikkeuden metallisilla elementeillä, jotka sitten osallistuvat uusien tähtien ja planeettojen muodostumiseen. Universumin kypsyessä yhä enemmän tähtiä räjähtää. Astrofysiikot ovat osoittaneet, että maailmankaikkeuden vanhenemisen myötä myös sen kokonaismetallipitoisuus kasvaa.
Aikaisemmin tähteissä ei ollut käytännössä metallia, mutta tulevaisuudessa tähtiillä on huomattavasti lisääntynyt metallien määrä. Universumin vanhetessa muodostuu uusia ja epätavallisia metallityyppejä, mukaan lukien hypoteettiset jäätyneet tähdet. Tämän tyyppinen tähti ehdotettiin 1990-luvulla. Koska maailmankaikkeudessa on runsaasti metalleja, vasta muodostetut tähdet tarvitsevat alhaisempia lämpötiloja tullakseen pääsekvenssitähteiksi. Pienimmistä tähtiistä, joiden massa on 0,04 tähtitasoa (Jupiterin massan järjestyksessä), voi tulla pääsekvenssitähteinä pitäen ydinfuusion lämpötilassa 0 astetta. Ne jäätyvät, ja niitä ympäröivät jäätyneet pilvet. Kaukaisessa, kaukaisessa tulevaisuudessa nämä jäätyneet tähdet syrjäyttävät suurimman osan kylmän ja synkkän maailmankaikkeuden tavallisista tähtiistä.
Magnetosfäärisesti ikuisesti romahtava esine
Kaikki ovat jo tottuneet siihen, että mustaan reikään liittyy paljon käsittämättömiä ominaisuuksia ja paradokseja. Selvittääkseen jollain tavoin mustan aukon matematiikan ongelmat, teoreetikot ovat hypoteeseet joukon tähtiä muodostavia esineitä. Vuonna 2003 tutkijat totesivat, että mustat aukot eivät ole oikeastaan erityispiirteitä, kuten niihin on tapana uskoa, vaan ne ovat eksoottinen tähtityyppi, jota kutsutaan "magnetosfäärisesti ikuisesti romahtavaksi esineeksi" (MVCO, MECO). MVCO-malli on yritys käsitellä teoreettista ongelmaa: romahtavan mustan aukon asia näyttää liikkuvan valon nopeutta nopeammin.
MVCO muodostaa kuin tavallinen musta aukko. Painovoima ylittää aineen ja aine alkaa romahtaa itseensä. Mutta MVCO: ssa hiukkasten törmäyksestä johtuva säteily luo sisäisen paineen, joka on samanlainen kuin fuusioprosessissa syntyvä paine tähden ytimessä. Tämän avulla MVCO voi pysyä ehdottoman vakaana. Se ei koskaan muodosta tapahtumahorisonttia eikä koskaan romahda kokonaan. Mustat aukot lopulta romahtavat itsensä sisään ja haihtuvat, mutta MVCO: n romahtaminen vie ääretön ajan. Siten se on jatkuvan romahduksen tilassa.
MVCO-teoriat ratkaisevat monia mustien aukkojen ongelmia, mukaan lukien tietoongelmat. Koska MVCO ei koskaan romahdu, tiedon tuhoutumisesta ei ole ongelmia, kuten mustan aukon tapauksessa. Kuitenkin riippumatta siitä, kuinka upeat MVKO-teoriat ovat, fyysikkoyhteisö toivottaa heidät tervetulleeksi suurella skeptisyydellä. Kvasaarien uskotaan olevan mustia reikiä, joita ympäröi valaiseva lisääntymislevy. Tähtitieteilijät toivovat löytävänsä kvaasarin, jolla on tarkat MVCO: n magneettiset ominaisuudet. Toistaiseksi yhtään ei ole löydetty, mutta ehkä uudet mustat reikiä tutkittavat teleskoopit valaisevat tätä teoriaa. Sillä välin MVKO on edelleen mielenkiintoinen ratkaisu mustien reikien ongelmiin, mutta kaukana johtavasta ehdokkaasta.
Väestötähdet III
Olemme jo keskustelleet jäätyneistä tähtiistä, jotka ilmestyvät kohti maailmankaikkeuden loppua, kun kaikesta tulee liian metallista, jotta kuumia tähtiä ei muodostuisi. Entä tähdet spektrin toisessa päässä? Näitä tähtiä, jotka muodostuvat isosta räjähdyksestä jäljelle jääneistä alkukäyttöisistä kaasuista, kutsutaan väestö III-tähtiä. Waltor Baade esitteli tähtien populaatiodiagrammin 1940-luvulla ja kuvasi tähden metallipitoisuutta. Mitä vanhempi väestö, sitä korkeampi metallisisältö. Kauan aikaa oli olemassa vain kaksi tähtipopulaatiota (loogisella nimellä väestö I ja väestö II), mutta nykyajan astrofysiikot aloittivat vakavan etsinnän tähdistä, joiden olisi pitänyt olla olemassa heti Ison räjähdyksen jälkeen.
Näissä tähtiä ei ollut raskaita. Ne koostuivat kokonaan vedystä ja heliumista, litiumin kanssa välissä. III-väestön tähdet olivat järjettömästi kirkkaita ja valtavia, suurempia kuin monet modernit tähdet. Heidän piha-alueet eivät vain syntetisoineet yleisiä elementtejä, vaan myös polttoaineena olivat pimeän aineen tuhoamisreaktiot. He myös elivät hyvin vähän, vain muutaman miljoonan vuoden. Loppujen lopuksi kaikki näiden tähtien vety- ja heliumpolttoaineet palavat, ne käyttivät fuusioksi raskasmetalleja ja räjähtivat hajottaen raskaat elementit koko maailmankaikkeuteen. Mikään ei säilynyt nuoressa maailmankaikkeudessa.
Mutta jos mitään ei säilynyt, miksi meidän pitäisi ajatella sitä? Tähtitieteilijät ovat erittäin kiinnostuneita III-väestön tähtiä, koska ne auttavat meitä ymmärtämään paremmin, mitä Big Bang -tapahtumassa tapahtui ja kuinka nuori maailmankaikkeus kehittyi. Ja valon nopeus auttaa tähtitieteilijöitä tässä. Kun tähtitieteilijät voivat löytää uskomattoman kaukaisen tähden, valonopeuden jatkuvan suuruuden huomioon ottaen he katsovat lähinnä ajassa taaksepäin. Ryhmä tähtitieteilijöitä astrofysiikan ja avaruustieteiden instituutista yrittää nähdä galaksit, jotka ovat kaukana maapallosta, mitä olemme yrittäneet nähdä. Näiden galaksien valon olisi pitänyt ilmestyä useita miljoonia suuren räjähdyksen jälkeen ja se saattoi sisältää valoa väestön III tähdistä. Tähtien tutkiminen antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden taaksepäin ajassa. Lisäksi tutkimalla väestön III tähtiä, näytetään myös, mistä tulimme. Nämä tähdet olivat ensimmäisten joukossa siemenneet maailmankaikkeuden elementeillä, jotka antavat elämän ja ovat välttämättömiä ihmisen olemassaololle.
Kvasitähti
Ei saa sekoittaa kvaasariin (esine, joka näyttää tähtalta, mutta ei ole), kvaasitähti on teoreettinen tyyppi tähti, joka voisi olla olemassa vain nuoressa maailmankaikkeudessa. Kuten OTZ, josta puhumme yllä, kvasitähden piti olla kannibaalitähti, mutta sen sijaan että piilotettaisiin toinen tähti keskelle, se piilottaa mustan aukon. Kvasitähteiden olisi pitänyt muodostua massiivisista väestö III-tähtiistä. Kun tavalliset tähdet romahtavat, ne menevät supernovaan ja jättävät mustan aukon. Kvasitähteissä tiheä ydinmateriaalikerros olisi absorboinut kaiken romahtavasta ytimestä pakenevan energian, pysynyt paikallaan eikä menisi supernoovaan. Tähteen ulkokuori pysyisi ehjänä, kun taas sisäkuori muodostaisi mustan aukon.
Kuten moderni fuusiotähti, kvasitähti saavuttaisi tasapainon, vaikka sitä tuettaisiin enemmän kuin pelkkä fuusioenergia. Ytimestä säteilytetty energia, musta aukko, tarjoaisi paineen vastustaa painovoiman romahtamista. Kvasitähti syöisi sisäiseen mustaan reikään putoavaa ainetta ja vapauttaisi energiaa. Tämän voimakkaan emittoidun energian takia kvasitähti olisi uskomattoman kirkas ja 7000 kertaa massiivisempi kuin aurinko.
Lopulta kvasitähti olisi kuitenkin menettänyt ulkokuorensa noin miljoonan vuoden kuluttua jättäen vain massiivisen mustan aukon. Astrofysiikot ovat ehdottaneet, että antiikin kvasitähdet olivat supermassiivisten mustien reikien lähde useimpien galaksien, myös meidän, keskuksissa. Linnunrata on saattanut alkaa yhdellä näistä eksoottisista ja epätavallisista muinaisista tähteä.
Preon-tähti
Filosofit ovat vuosisatojen ajan väittäneet aineen pienimmästä jakautumisesta. Tarkkailemalla protoneja, neutroneja ja elektroneja, tutkijat uskoivat löytäneensä maailmankaikkeuden perusrakenteen. Mutta kun tiede eteni, hiukkasia löydettiin yhä vähemmän ja käsitystämme maailmankaikkeudesta oli tarkistettava. Hypoteettisesti jakautuminen voisi jatkua ikuisesti, mutta jotkut teoreetikot pitävät preonia luonnon pieninä hiukkasina. Preon on pistepartikkeli, jolla ei ole avaruuslaajennusta. Fyysikot kuvaavat elektroneja usein pistepartikkeleina, mutta tämä on perinteinen malli. Elektronit todella kasvavat. Teoriassa preonilla ei ole sellaista. Ne voivat olla alkeellisimpia subatomisia hiukkasia.
Vaikka preon -tutkimus on tällä hetkellä muodissa, se ei estä tutkijoita keskustelemasta siitä, mitkä preon-tähdet saattavat näyttää. Preon-tähdet olisivat erittäin pienet, koon ollessa herne ja pallo. Tähän pieneen tilavuuteen pakattu massa olisi yhtä suuri kuin Kuun massa. Preon-tähdet olisivat tähtitieteellisten standardien mukaan vaaleita, mutta paljon tiheämpiä kuin neutronitähdet, tiheimmät havaitut esineet.
Näitä pieniä tähtiä olisi hyvin vaikea nähdä, painovoima-objektiivin ja gammasäteiden ansiosta. Jotkut teoreetikot pitävät huomaamattoman luonteensa vuoksi pimeän aineen ehdokkaina ehdotettuja esi-tähtiä. Ja silti hiukkaskiihdyttimissä työskentelevät tutkijat ovat enimmäkseen huolissaan Higgsin bosonista etsimässä preoneja, joten niiden olemassaolo vahvistetaan tai ei voida vahvistaa pian.
Planck-tähti
Yksi suurimmista mustien reikien kysymyksistä on: millaiset ne ovat sisäpuolelta? Aiheesta on julkaistu lukemattomia kirjoja, elokuvia ja artikkeleita fantastisesta keinottelusta vaikeimpaan ja tarkimpaan tieteeseen. Eikä ole vielä päästy yksimielisyyteen. Usein mustan aukon keskusta kuvataan singulaarisuutena, jolla on ääretön tiheys ja jolla ei ole tilamittoja, mutta mitä tämä oikeastaan tarkoittaa? Nykyaikaiset teoreetikot yrittävät kiertää tätä epämääräistä kuvausta ja selvittää, mitä mustassa aukossa todella tapahtuu. Kaikista teorioista yksi mielenkiintoisimmista on oletus, että mustan aukon keskellä on tähti, nimeltään Planck-tähti.
Ehdotettu Planck-tähti suunniteltiin alun perin ratkaisemaan mustan aukon tietojen paradoksi. Jos pidämme mustaa reikää singulaarisuuskohtana, sillä on epämiellyttävä sivuvaikutus: tiedot tuhoutuvat, tunkeutuvat mustaan aukkoon, mikä rikkoo suojelulakeja. Kuitenkin, jos mustan aukon keskellä on tähti, se ratkaisee ongelman ja auttaa myös mustan aukon tapahtumahorisontin kysymyksissä.
Kuten jouduit arvaamaan, Planckin tähti on outo asia, jota kuitenkin tukee perinteinen ydinfuusio. Sen nimi tulee siitä tosiasiasta, että tällaisella tähdellä on energian tiheys lähellä Planckin energiaa. Energiatiheys on mitta energiasta, joka sisältyy avaruusalueelle, ja Planckin tiheys on valtava määrä: 5,15 x 10 ^ 96 kiloa kuutiometriä kohti. Tämä on paljon energiaa. Teoreettisesti niin paljon energiaa voisi olla maailmankaikkeudessa heti ison iskun jälkeen. Valitettavasti emme koskaan näe Planck-tähtiä, jos se sijaitsee mustan aukon sisällä, mutta tämän oletuksen avulla voimme ratkaista joukon tähtitieteellisiä paradokseja.
Pehmeä pallo
Fyysikot rakastavat keksimään hauskoja nimiä monimutkaisille ideoille. Fluffy Ball on söpömpi nimi, jonka voit ajatella tappavalle avaruusalueelle, joka voisi tappaa sinut heti. Pörröinen pallo-teoria johtuu yrityksestä kuvata musta aukko käyttämällä jousiteoriaideoita. Pohjimmiltaan pörröinen pallo ei ole todellinen tähti siinä mielessä, että se ei ole fuusion aiheuttaman tulisen plasman miasma. Pikemminkin se on alue, joka on takertunut energiajoukkoihin, joita heidän oma sisäinen energia tukee.
Kuten edellä mainittiin, mustien reikien suurin ongelma oli selvittää mikä oli niiden sisällä. Tämä syvä ongelma on sekä kokeellinen että teoreettinen arvoitus. Tavallisten mustien reikien teoriat johtavat lukuisiin ristiriitaisuuksiin. Stephen Hawking osoitti mustien reikien haihtumisen, mikä tarkoittaa, että kaikki niissä oleva tieto häviää ikuisesti. Mustareikämallit osoittavat, että niiden pinta on paljon energiaa käyttävä "palomuuri", joka höyrystää saapuvat hiukkaset. Tärkeintä on, että kvantmekaniikan teoriat eivät toimi, kun niitä sovelletaan mustan aukon ainutlaatuisuuteen.
Pehmeä pallo ratkaisee nämä ongelmat. Ymmärtääksesi, millainen pörröinen pallo on, kuvittele, että elämme kaksiulotteisessa maailmassa, kuten paperille. Jos joku asettaa sylinterin paperille, näemme sen kaksiulotteisena ympyränä, vaikka tämä esine todellakin olisi kolmessa ulottuvuudessa. Voimme kuvitella, että ylimielisiä rakenteita on olemassa universumissamme; jousiteoriassa niitä kutsutaan leseiksi. Jos moniulotteisia leseitä olisi olemassa, me havaitsemme ne vain 4D-aisteillamme ja matematiikallamme. Jousteoreetikot ovat ehdottaneet, että mustaksi aukkoksi kutsumme oikeasti aliulotteista käsitystämme moniulotteisesta johdinrakenteesta, joka ylittää nelidimensioisen avaruusajamme. Silloin musta aukko ei ole singulaarisuus; se on vain avaruus-aikamme leikkaus moniulotteisten merkkijonojen kanssa. Tämä risteys on fluffy pallo.
Kaikki tämä näyttää esoteeriseltä ja herättää monia kysymyksiä. Kuitenkin, jos mustat aukot ovat todella pörröisiä takkuja, ne ratkaisevat paljon paradokseja. Niillä on myös hiukan erilaisia ominaisuuksia kuin mustilla reikillä. Yhdenulotteisen singulaarisuuden sijasta, fluffy pallo on tietty tilavuus. Tietystä määrästä huolimatta sillä ei ole tarkkaa tapahtumahorisonttia, sen rajat ovat "pörröisiä". Se antaa myös fyysikoille mahdollisuuden kuvailla musta aukko kvanttimekaniikan periaatteita noudattaen. Joka tapauksessa fluffy pallo on hauska nimi, joka laimentaa tiukkaa tieteellistä kieltämme.
Perustuu listverse.com-sivuston materiaaleihin
Ilja Khel