10 странных теоретических звезд
Звезды очаровывали людей испокон веков. Благодаря современной науке, мы знаем о звездах довольно много, об их разных типах и структурах. Знание этой темы постоянно пополняется и уточняется; астрофизики размышляют над рядом теоретических звезд, которые могут существовать в нашей Вселенной. Наряду с теоретическими звездами имеются и звездоподобные объекты, астрономические структуры, которые выглядят и ведут себя как звезды, но не обладают стандартными характеристиками, которыми мы описываем звезды. Объекты в этом списке находятся на грани физических исследований и не были наблюдаемы напрямую… пока.
Кварковая звезда
В конце своей жизни звезда может коллапсировать в черную дыру, в белого карлика или нейтронную звезду. Если звезда будет достаточно плотной прежде, чем стать сверхновой, звездные останки образуют нейтронную звезду. Когда это происходит, звезда становится чрезвычайно горячей и плотной. Располагая такой материей и энергией, звезда пытается коллапсировать в себя и образовать сингулярность, но фермионные частицы в центре (в данном случае нейтроны) подчиняются принципу Паули. Согласно ему, нейтроны не могут быть сжаты до такого же квантового состояния, поэтому они отталкиваются от коллапсирующей материи, достигая равновесия.
На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что нейтронная звезда будет оставаться в равновесии. Но по мере развития квантовой теории, астрофизики предложили новый тип звезд, который мог бы появиться, если бы дегенеративное давление нейтронного ядра прекратилось. Называется она кварковая звезда. Поскольку давление массы звезды увеличивается, нейтроны распадаются на свои составляющие, верхние и нижние кварки, которые под высоким давлением и при высокой энергии могли бы существовать в свободном состоянии, вместо того чтобы производить адроны типа протонов и нейтронов. Названный «странной материей», этот суп из кварков был бы невероятно плотным, плотнее обычной нейтронной звезды.
Астрофизики до сих пор спорят на тему того, как именно могли бы образоваться эти звезды. Согласно некоторым теориям, они возникают, когда масса коллапсирующей звезды находится между необходимой массой для образования черной дыры или нейтронной звезды. Другие предполагают более экзотические механизмы. Ведущая теория гласит, что кварковые звезды формируются, когда плотные пакеты уже существующей странной материи, обернутые слабо взаимодействующими частицами (вимпами), сталкиваются с нейтронной звездой, засеивая ее ядро странной материей и начиная трансформацию. Если это происходит, нейтронная звезда будет поддерживать «корку» из материала нейтронной звезды, эффективно продолжая выглядеть нейтронной звездой, но одновременно с этим обладая ядром из странного материала. Хотя пока мы не обнаружили никаких кварковых звезд, многие из наблюдаемых нейтронных звезд вполне могли бы втайне быть таковыми.
Электрослабые звезды
В то время как кварковая звезда может быть последней стадией жизни звезды перед тем, как она умрет и станет черной дырой, недавно физики предложили другую теоретическую звезду, которая могла бы существовать между кварковой звездой и черной дырой. Так называемая электрослабая звезда могла бы поддерживать равновесие благодаря сложному взаимодействию между слабой ядерной силой и электромагнитной силой, известному как электрослабая сила.
В электрослабой звезде давление и энергия от массы звезды давили бы на ядро из странной материи кварковой звезды. По мере усиления энергии, электромагнитная и слабая ядерная сила смешивались бы так, что между двумя силами не осталось бы различий. На таком уровне энергии кварки в ядре растворяются в лептонах, вроде электронов и нейтрино. Большая часть странной материи превратится в нейтрино, а высвобождаемая энергия обеспечит достаточно силы, чтобы препятствовать коллапсу звезды.
Ученые заинтересованы в поиске электрослабой звезды, потому что характеристики ее ядра были бы идентичны характеристикам юной Вселенной спустя одну миллиардную секунды после Большого Взрыва. В тот момент в истории нашей Вселенной не было никакого различия между слабой ядерной силой и электромагнитной силой. Сформулировать теории о том времени оказалось довольно сложно, поэтому находка в виде электрослабой звезды существенно помогла бы космологическим исследованиям.
Электрослабая звезда также должна быть одним из самых плотных объектов во Вселенной. Ядро электрослабой звезды было бы размером с яблоко, но массой с две Земли, что делает такую звезду в теории плотнее любой ранее наблюдаемой звезды.
Объект Торна - Житковой
В 1977 году Кип Торн и Анна Житкова опубликовали работу, подробно описывающую новый тип звезды под названием «объект Торна - Житковой» (ОТЖ). ОТЖ - это гибридная звезда, образованная столкновением красного сверхгиганта и маленькой, плотной нейтронной звезды. Поскольку красный сверхгиганта - это невероятно большая звезда, нейтронной звезде потребуются сотни лет, чтобы просто пробиться через внутреннюю атмосферу первой. Пока она будет зарываться в звезду, орбитальный центр (барицентр) двух звезд будет двигаться к центру сверхгиганта. В конце концов, две звезды сольются, образовав большую сверхновую и, в конце концов, черную дыру.
При наблюдении ОТЖ изначально был бы похож на типичный красный сверхгигант. Тем не менее у ОТЖ был бы ряд необычных свойств для красного сверхгиганта. Будет отличаться не только его химический состав, но и нейтронная звезда, зарывающаяся в него, будет выдавать радиовспышки изнутри. Найти ОТЖ довольно сложно, поскольку он не сильно отличается от обычного красного сверхгиганта. Кроме того, ОТЖ скорее образуется не в наших галактических окрестностях, а ближе к центру Млечного Пути, где звезды упакованы более плотно.
Тем не менее это не остановило астрономов в поиске звезды-каннибала, и в 2014 году было объявлено, что сверхгигант HV 2112 может быть возможным ОТЖ. Ученые обнаружили, что HV 2112 имеет необычайно большое количество металлических элементов для красного сверхгигантов. Химический состав HV 2112 совпадает с тем, что Торн и Житкова предполагали в 1970-х годах, поэтому астрономы считают эту звезду мощным кандидатом на первый наблюдаемый ОТЖ. Необходимы дальнейшие исследования, но было бы круто думать, что человечество обнаружило первую звезду-каннибала.
Замерзшая звезда
Обычная звезда сжигает водородное топливо, создавая гелий и поддерживая себя давлением изнутри, рожденным в этом процессе. Но водород когда-нибудь заканчивается и в конечном итоге звезде нужно сжигать более тяжелые элементы. К сожалению, энергии, выходящей из этих тяжелых элементов, не так много, как из водорода, и звезда начинает остывать. Когда звезда становится сверхновой, она засеивает Вселенной металлическими элементами, которые потом участвуют в образовании новых звезд и планет. По мере взросления Вселенной взрывается больше и больше звезд. Астрофизики показали, что вместе со старением Вселенной увеличивается и ее общее металлическое содержание.
В прошлом металла в звездах практически не было, но в будущем звезды будут иметь существенно увеличенное металлическое содержание. По мере старения Вселенной будут образовываться новые и необычные типы металлических звезд, включая гипотетические замороженные звезды. Этот тип звезд был предложен в 1990-х. С обилием металлов во Вселенной, новообразованным звездам потребуются температуры ниже, чтобы стать звездами главной последовательности. Самые малые звезды с массой в 0,04 звездной (порядка массы Юпитера) могут стать звездами главной последовательности, поддерживая ядерный синтез при температуре 0 градусов по Цельсию. Они будут заморожены и окружены облаками замороженного льда. В далеком-далеком будущем эти замороженные звезды вытеснят большинство обычных звезд в холодной и унылой Вселенной.
Магнитосферически вечно коллапсирующий объект
Все уже привыкли, что очень много непонятных свойств и парадоксов связано с черными дырами. Для того чтобы как-то справляться с проблемами, присущими математике черных дыр, теоретики предположили целое звездообразных объектов. В 2003 году ученые заявили, что черные дыры не являются на самом деле сингулярностями, как привыкли считать, а являются экзотическим типом звезды под названием «магнитосферически вечно коллапсирующий объект» (МВКО, MECO). Модель МВКО является попыткой справиться с теоретической проблемой: материя коллапсирующей черной дыры, кажется, движется быстрее скорости света.
МВКО образуется как обычная черная дыра. Гравитация превосходит материю, и та начинает коллапсировать в себя. Но в МВКО излучение, возникающее при столкновении частиц, создает внутреннее давление, аналогичное давлению, рождающему в процессе синтеза в ядре звезды. Это позволяет МВКО оставаться абсолютно стабильным. Он никогда не формирует горизонт событий и никогда полностью не коллапсирует. Черные дыры в конечном счете коллапсируют в себя и испаряются, но коллапс МВКО потребует бесконечного количества времени. Таким образом, он находится в состоянии вечного коллапса.
Теории МВКО решают множество проблем черных дыр, включая и проблему информации. Поскольку МВКО никогда не коллапсирует, не возникнет и проблем уничтожения информации, как в случае с черной дырой. Однако какими бы прекрасными теориями МВКО ни были, сообщество физиков встречает их с большим скепсисом. Считается, что квазары - это черные дыры, окруженные светящимся диском аккреции. Астрономы надеются найти квазар с точными магнитными свойствами МВКО. Пока не было найдено ни одного, но, возможно, новые телескопы, которые будут изучать черные дыры, прольют свет на эту теорию. Пока же МВКО остается интересным решением проблем черных дыр, но далеко не ведущим кандидатом.
Звезды населения III
Мы уже обсудили замороженные звезды, которые появятся ближе к концу Вселенной, когда все станет слишком металлическим, чтобы образовывались горячие звезды. Но как насчет зв
