Hvězdy lidi fascinovali od nepaměti. Díky moderní vědě víme hodně o hvězdách, jejich různých typech a strukturách. Znalost tohoto tématu je neustále aktualizována a vylepšována; astrofyzici spekulují o řadě teoretických hvězd, které mohou existovat v našem vesmíru. Spolu s teoretickými hvězdami existují také hvězdné objekty, astronomické struktury, které vypadají a chovají se jako hvězdy, ale nemají standardní vlastnosti, které popisujeme jako hvězdy. Objekty na tomto seznamu jsou na pokraji fyzického výzkumu a nebyly přímo pozorovány … zatím.
Quarkova hvězda
Na konci svého života se může hvězda zhroutit do černé díry, bílého trpaslíka nebo neutronové hvězdy. Pokud je hvězda dostatečně hustá, než přejde na supernovu, budou hvězdné zbytky tvořit neutronovou hvězdu. Když se to stane, bude hvězda velmi horká a hustá. S takovou hmotou a energií se hvězda snaží zhroutit se do sebe a vytvořit jedinečnost, ale fermionické částice ve středu (v tomto případě neutrony) se řídí Pauliho principem. Podle něj neutrony nemohou být stlačeny do stejného kvantového stavu, takže jsou odpuzovány z kolabující hmoty a dosahují rovnováhy.
Po celá desetiletí astronomové předpokládali, že neutronová hvězda zůstane v rovnováze. Ale jak se vyvinula kvantová teorie, astrofyzici navrhli nový typ hvězdy, která by se mohla objevit, kdyby degenerativní tlak neutronového jádra ustal. Říká se tomu kvarková hvězda. Jak se tlak hmoty hvězdy zvyšuje, neutrony se rozkládají na jejich složky, kvarky nahoru a dolů, které by při vysokém tlaku a vysoké energii mohly existovat ve volném stavu, místo toho, aby vytvářely hadrony, jako jsou protony a neutrony. Tato kvarková polévka, zvaná „podivná záležitost“, by byla neuvěřitelně hustá, hustší než běžná neutronová hvězda.
Astrofyzici stále debatují o tom, jak přesně se tyto hvězdy mohly vytvořit. Podle některých teorií se vyskytují, když je hmotnost zhroutící se hvězdy mezi hmotou potřebnou k vytvoření černé díry nebo neutronové hvězdy. Jiní navrhují více exotických mechanismů. Hlavní teorie je, že kvarkové hvězdy se tvoří, když se husté balíčky již existující podivné hmoty zabalené do slabě interagujících částic (WIMP) srazí s neutronovou hvězdou, naočkují její jádro podivnou hmotou a zahájí transformaci. Pokud k tomu dojde, neutronová hvězda bude udržovat „kůru“neutronové hvězdy, která bude efektivně vypadat jako neutronová hvězda, ale zároveň bude mít jádro podivného materiálu. Přestože jsme dosud nenašli žádné kvarkové hvězdy,mnoho pozorovaných neutronových hvězd může být tajně.
Propagační video:
Electroweak hvězdy
Zatímco kvarková hvězda může být poslední fází života hvězdy dříve, než zemře a stane se černou dírou, fyzici nedávno navrhli další teoretickou hvězdu, která by mohla existovat mezi kvarkovou hvězdou a černou dírou. Takzvaná elektroslabá hvězda by mohla udržovat rovnováhu prostřednictvím komplexní interakce mezi slabou jadernou silou a elektromagnetickou silou známou jako elektroslabá síla.
U elektroslabé hvězdy by tlak a energie z hmoty hvězdy tlačily na jádro podivné hmoty kvarkové hvězdy. Jak se energie zvyšuje, elektromagnetické a slabé jaderné síly by se smíchaly, takže by mezi nimi nebyl žádný rozdíl. Na této energetické úrovni se kvarky v jádru rozpustí v leptonech, jako jsou elektrony a neutrina. Většina podivných látek se změní v neutrinos a uvolněná energie poskytne dostatečnou sílu, aby zabránila kolapsu hvězdy.
Vědci se zajímají o nalezení elektroslabé hvězdy, protože vlastnosti jejího jádra by byly identické s vlastnostmi mladého vesmíru jednu miliardtinu sekundy po Velkém třesku. V té době v historii našeho vesmíru nebyl rozdíl mezi slabou jadernou silou a elektromagnetickou silou. Ukázalo se, že v té době bylo docela obtížné formulovat teorie, takže nález ve formě elektroslabé hvězdy by významně pomohl kosmologickému výzkumu.
Elektroslabá hvězda musí být také jedním z nejhustších objektů ve vesmíru. Jádrem elektroslabé hvězdy by byla velikost jablka, ale asi dvě Země na Zemi, což by teoreticky učinilo takovou hvězdu hustší než jakákoli dříve pozorovaná hvězda.
Objekt Thorn - Zhitkova
V roce 1977 publikovali Kip Thorne a Anna Zhitkova referát o novém typu hvězdy s názvem Thorn-Zhitkova Object (OTZ). OTZ je hybridní hvězda tvořená srážkou červené supergiantové a malé, husté neutronové hvězdy. Vzhledem k tomu, že červený supergiant je neuvěřitelně velká hvězda, bude trvat stovky let, než neutronová hvězda jednoduše prorazí nejprve vnitřní atmosféru. Zatímco se vrhá do hvězdy, orbitální střed (barycenter) dvou hvězd se bude pohybovat směrem ke středu supergiant. Nakonec se obě hvězdy sloučí a vytvoří velkou supernovu a nakonec černou díru.
Při pozorování by se OTZ zpočátku podobal typickému červenému supergiantovi. Nicméně, OTZ by měl řadu neobvyklých vlastností pro červený supergiant. Nejenže se bude lišit její chemické složení, ale neutronová hvězda, která do ní vrhne, bude zevnitř vysílat rádiové světlice. Je poměrně obtížné najít OTL, protože se příliš neliší od obyčejného červeného supergiantů. Kromě toho je OTZ spíše utvářena nikoli v našem galaktickém prostředí, ale blíže ke středu Mléčné dráhy, kde jsou hvězdy baleny těsněji.
To však nezabránilo astronomům v hledání kanibalské hvězdy a v roce 2014 bylo oznámeno, že supergiant HV 2112 může být možným OTZ. Vědci zjistili, že HV 2112 má neobvykle velké množství kovových prvků pro červené supergianty. Chemické složení HV 2112 odpovídá tomu, co navrhli Thorne a Zhitkova v 70. letech, takže astronomové považují tuto hvězdu za mocného kandidáta na první pozorovanou OTG. Je nutný další výzkum, ale bylo by skvělé si myslet, že lidstvo objevilo první kanibalskou hvězdu.
Zmrzlá hvězda
Obyčejná hvězda spaluje vodíkové palivo, vytváří helium a podporuje se tlakem zevnitř, zrodeným v procesu. Jednoho dne ale dojde vodík a nakonec hvězda potřebuje spálit těžší prvky. Energie unikající z těchto těžkých prvků bohužel není tolik jako z vodíku a hvězda se začíná ochladit. Když hvězda přejde na supernovu, nasadí vesmír kovovými prvky, které se pak podílejí na tvorbě nových hvězd a planet. Jak vesmír zraje, stále více exploduje. Astrofyzici ukázali, že spolu se stárnutím vesmíru se zvyšuje i jeho celkový obsah kovů.
V minulosti nebyl ve hvězdách prakticky žádný kov, ale v budoucnu budou mít hvězdy podstatně vyšší počet kovů. Jak vesmír stárne, budou se vytvářet nové a neobvyklé typy kovových hvězd, včetně hypotetických zmrzlých hvězd. Tento typ hvězdy byl navržen v 90. letech. S množstvím kovů ve vesmíru budou nově vytvořené hvězdy potřebovat nižší teploty, aby se staly hvězdami hlavní sekvence. Nejmenší hvězdy s hmotností 0,04 hvězd (v řádu hmotnosti Jupiteru) se mohou stát hvězdami s hlavní sekvencí a udržovat jadernou fúzi při teplotách 0 stupňů Celsia. Budou zamrzlé a obklopené mraky zmrzlého ledu. V daleké, vzdálené budoucnosti budou tyto zmrazené hvězdy vytlačit většinu obyčejných hvězd v chladném a bezútěšném vesmíru.
Magnetosféricky věčně se hroutící objekt
Všichni jsou již zvyklí na to, že s černými dírami je spojeno mnoho nepochopitelných vlastností a paradoxů. Aby se nějak vypořádali s problémy spojenými s matematikou černé díry, teoretici hypotetizovali celou řadu objektů ve tvaru hvězdy. V roce 2003 vědci uvedli, že černé díry nejsou vlastně singularitami, jak jsou zvyklí věřit, ale jsou exotickým typem hvězdy nazvané „magnetosféricky navždy se hroutící objekt“(MVCO, MECO). Model MVCO je pokusem vypořádat se s teoretickým problémem: Zdá se, že se kolapsující černá díra pohybuje rychleji než rychlost světla.
MVCO se tvoří jako obyčejná černá díra. Gravitace předčí hmotu a hmota se začne zhroutit do sebe. V MVCO však záření vznikající při srážce částic vytváří vnitřní tlak podobný tlaku vytvářenému ve fúzním procesu v jádru hvězdy. To umožňuje MVCO zůstat naprosto stabilní. Nikdy nevytváří horizont událostí a nikdy se úplně nerozpadne. Černé díry se nakonec zhroutí do sebe a vypařují se, ale zhroucení MVCO bude vyžadovat nekonečné množství času. Je tedy ve stavu neustálého kolapsu.
Teorie MVCO řeší mnoho problémů s černou dírou, včetně problému s informacemi. Protože MVCO se nikdy nekolabuje, není problém ničení informací, jako v případě černé díry. Nicméně bez ohledu na to, jak jsou teorie MVKO nádherné, komunita fyziků je vítá s velkým skepticismem. Kvazary jsou považovány za černé díry obklopené světelným akrečním diskem. Astronomové doufají, že najdou kvasar s přesnými magnetickými vlastnostmi MVCO. Zatím žádný nebyl nalezen, ale možná nové dalekohledy, které budou studovat černé díry, osvětlí tuto teorii. Mezitím zůstává MVKO zajímavým řešením problémů černých děr, ale zdaleka předního kandidáta.
Populační hvězdy III
Již jsme diskutovali o zmrzlých hvězdách, které se objeví na konci vesmíru, když se všechno stane příliš kovovým pro vznik horkých hvězd. Ale co hvězdy na druhém konci spektra? Tyto hvězdy, vytvořené z prvotních plynů, které zbyly z Velkého třesku, se nazývají hvězdy Populace III. Hvězdný populační diagram představil Waltor Baade ve 40. letech 20. století a popsal kovový obsah hvězdy. Čím je populace starší, tím vyšší je obsah kovů. Po dlouhou dobu existovaly pouze dvě populace hvězd (s logickým názvem populace I a populace II), ale moderní astrofyzici začali vážně hledat hvězdy, které měly existovat bezprostředně po Velkém třesku.
V těchto hvězdách nebyly žádné těžké prvky. Skládaly se výhradně z vodíku a hélia, rozptýlené lithiem. Hvězdy populace III byly absurdně jasné a obrovské, větší než mnoho moderních hvězd. Jejich loděnice nejenže syntetizovaly společné prvky, ale byly poháněny také reakcemi ničení temné hmoty. Žili také velmi málo, jen pár milionů let. Nakonec všechno vodík a palivo helia těchto hvězd vyhořelo, použily k fúzi prvky těžkých kovů a explodovaly a rozptýlily těžké prvky po celém vesmíru. V mladém vesmíru nic nepřežilo.
Ale pokud nic nepřežilo, proč bychom o tom měli přemýšlet? Astronomové se velmi zajímají o hvězdy III. Populace, protože nám umožní lépe porozumět tomu, co se stalo ve Velkém třesku a jak se vyvíjel mladý vesmír. A rychlost světla pomůže astronomům v tomto. Pokud astronomové mohou při stálé velikosti rychlosti světla najít neuvěřitelně vzdálenou hvězdu, v zásadě se ohlédnou v čase. Skupina astronomů z Ústavu astrofyziky a kosmických věd se snaží vidět galaxie, které jsou nejdál od Země, které jsme se pokusili vidět. Světlo těchto galaxií by se mělo objevit několik milionů po Velkém třesku a mohlo obsahovat světlo z hvězd Populace III. Studium těchto hvězd umožní astronomům podívat se zpět v čase. Studium hvězd Populace III nám navíc ukáže, odkud jsme přišli. Tyto hvězdy byly mezi prvními, které nasazovaly vesmír vesmírem, který dává život a je nezbytný pro lidskou existenci.
Kvazi hvězda
Abychom nebyli zaměňováni s kvazarem (objektem, který vypadá jako hvězda, ale není), kvazi-hvězda je teoretický typ hvězdy, která by mohla existovat pouze v mladém vesmíru. Stejně jako OTZ, o kterém jsme hovořili výše, měla být kvazi-hvězda kanibalskou hvězdou, ale místo toho, aby skrývala jinou hvězdu ve středu, skrývá černou díru. Kvazi hvězdy by se měly tvořit z masivních hvězd Populace III. Když se obyčejné hvězdy zhroutí, jdou supernova a zanechají černou díru. V kvazi hvězdách by hustá vnější vrstva jaderného materiálu pohltila veškerou energii unikající z kolabujícího jádra, zůstala na svém místě a nešla by supernova. Vnější skořepina hvězdy by zůstala nedotčena, zatímco vnitřní skořepina by vytvořila černou díru.
Jako moderní fúzní hvězda by kvazi-hvězda dosáhla rovnováhy, i když by byla podporována více než jen fúzní energií. Energie vyzařovaná z jádra, černá díra, by poskytla tlak, který by odolával gravitačnímu kolapsu. Kvazi-hvězda by se živila hmotou padající do vnitřní černé díry a uvolňovala energii. Kvůli této silné emitované energii by byla kvazi-hvězda neuvěřitelně jasná a 7000krát hmotnější než Slunce.
Nakonec by však kvazi-hvězda ztratila svou vnější skořápku asi po milionu let, takže by zůstala jen velká černá díra. Astrofyzici navrhli, že starověké kvazi hvězdy byly zdrojem superhmotných černých děr v centrech většiny galaxií, včetně těch našich. Mléčná dráha možná začala s jednou z těchto exotických a neobvyklých starověkých hvězd.
Preonová hvězda
Filozofové se po staletí hádali o nejmenším možném rozdělení hmoty. Při pozorování protonů, neutronů a elektronů si vědci mysleli, že našli základní strukturu vesmíru. Ale jak se věda posunula kupředu, částice byly nalezeny stále méně a náš koncept vesmíru musel být revidován. Hypoteticky by rozdělení mohlo pokračovat navždy, ale někteří teoretici považují preony za nejmenší částice přírody. Preon je bodová částice, která nemá prostorovou expanzi. Fyzici často popisují elektrony jako bodové částice, ale toto je tradiční model. Elektrony mají ve skutečnosti expanzi. Preon teoreticky žádný nemá. Mohou to být nejzákladnější subatomické částice.
Zatímco výzkum preonů je v současné době mimo módu, to nebrání vědcům diskutovat o tom, jak by mohly vypadat hvězdy preonů. Hvězdy preonu by byly extrémně malé, velikost mezi hráškem a fotbalovým míčem. Hmota zabalená v tomto malém objemu by se rovnala hmotnosti Měsíce. Hvězdy preonu by byly astronomickými standardy světlo, ale mnohem hustší než neutronové hvězdy, ty nejhustší pozorované objekty.
Tyto malé hvězdy by bylo velmi obtížné vidět díky gravitačním čočkám a paprskům gama. Kvůli jejich nenápadné povaze, někteří teoretici považují navrhované preonové hvězdy za kandidáty na temnou hmotu. A přesto se vědci na urychlovačích částic zabývají spíše Higgsovým bosonem než hledáním preonů, takže jejich existence bude či nemusí být potvrzena velmi brzy.
Planckova hvězda
Jedna z největších otázek ohledně černých děr je: jaké jsou zevnitř? K tomuto tématu bylo vydáno nespočet knih, filmů a článků, od fantastických spekulací až po nejtěžší a nejpřesnější vědu. A dosud neexistuje shoda. Střed černé díry je často popisován jako singularita s nekonečnou hustotou a žádnými prostorovými rozměry, ale co to vlastně znamená? Moderní teoretici se snaží obejít tento neurčitý popis a zjistit, co se vlastně děje v černé díře. Ze všech teorií je jedním z nejzajímavějších předpoklad, že ve středu černé díry je planeta zvaná Planckova hvězda.
Navrhovaná Planckova hvězda byla původně koncipována k vyřešení paradoxu informací o černé díře. Pokud považujeme černou díru za bod výjimečnosti, má to nepříjemný vedlejší účinek: informace budou zničeny, proniknou do černé díry a poruší zákony zachování. Pokud je však ve středu černé díry hvězda, vyřeší to problém a pomůže také s otázkami horizontu události černé díry.
Jak jste asi museli uhodnout, Planckova hvězda je zvláštní věc, která je však podporována konvenční jadernou fúzí. Jeho jméno pochází ze skutečnosti, že taková hvězda bude mít hustotu energie blízkou hustotě Plancka. Hustota energie je míra energie obsažené v oblasti vesmíru a Planckova hustota je obrovské číslo: 5,15 x 10 ^ 96 kilogramů na metr krychlový. To je hodně energie. Teoreticky by tolik energie mohlo být ve vesmíru hned po Velkém třesku. Planckova hvězda bohužel nikdy neuvidíme, pokud je umístěna uvnitř černé díry, ale tento předpoklad nám umožňuje vyřešit řadu astronomických paradoxů.
Nadýchaný míč
Fyzici rádi přijdou s legračními jmény pro složité myšlenky. Fluffy Ball je nejroztomilejší jméno, na které si vzpomenete pro smrtící oblast vesmíru, která by vás mohla okamžitě zabít. Načechraná teorie koulí pramení ze snahy popsat černou díru pomocí myšlenek teorie strun. Nadýchaná koule v podstatě není skutečnou hvězdou v tom smyslu, že se nejedná o miasma ohnivé fúzní plazmy. Spíše je to oblast zamotaných řetězců energie podporovaná jejich vlastní vnitřní energií.
Jak bylo uvedeno výše, hlavním problémem s černými děrami bylo zjistit, co je v nich. Tento hluboký problém je experimentální i teoretická záhada. Teorie standardních černých děr vedou k řadě rozporů. Stephen Hawking ukázal, že černé díry se vypařují, což znamená, že jakékoli informace v nich budou navždy ztraceny. Modely černé díry ukazují, že jejich povrch je vysoce energetický „firewall“, který odpařuje přicházející částice. A co je nejdůležitější, teorie kvantové mechaniky nefungují, když jsou aplikovány na singularitu černé díry.
Načechraný míč tyto problémy řeší. Abychom pochopili, jaký je nadýchaný míč, představte si, že žijeme v dvourozměrném světě, jako na kus papíru. Pokud někdo umístí válec na papír, budeme jej vnímat jako dvourozměrný kruh, i když tento objekt skutečně existuje ve třech rozměrech. Dokážeme si představit, že v našem vesmíru existují arogantní struktury; v teorii strun se jim říká branes. Pokud by existovaly vícerozměrné otruby, vnímali bychom je pouze pomocí našich 4D smyslů a matematiky. Teoretici strun navrhli, že to, čemu říkáme černá díra, je vlastně naše nízko-rozměrné vnímání vícerozměrné strunové struktury, která překračuje náš čtyřrozměrný prostoročas. Pak černá díra nebude singularitou; bude to jen průnik našeho časoprostoru s vícerozměrnými řetězci. Tato křižovatka je nadýchaná koule.
To vše se zdá esoterické a vyvolává mnoho otázek. Jsou-li však černé díry skutečně načechrané spleti, vyřeší mnoho paradoxů. Budou mít také mírně odlišné vlastnosti než černé díry. Namísto jednorozměrné singularity má načechraný míč určitý objem. Ale i přes určitý objem nemá přesný horizont událostí, jeho hranice jsou „načechrané“. Rovněž umožňuje fyzikům popsat černou díru pomocí principů kvantové mechaniky. Nadýchaný míček je vtipné jméno, které zředí náš přísný vědecký jazyk.
Na základě materiálů z listverse.com
Ilya Khel