10 seltsame theoretische Sterne

Menschen sind seit der frühen Geschichte von Sternen fasziniert. Mit der modernen Wissenschaft wissen wir viel über die Sterne, einschließlich ihrer verschiedenen Arten und Strukturen. Das Wissen zu diesem Thema entwickelt sich immer noch, und Astrophysiker haben verschiedene theoretische Sterne vorgeschlagen, die in unserem Universum existieren könnten. Neben den theoretischen Sternen gibt es sternähnliche Objekte, astronomische Strukturen, die wie Sterne aussehen und sich verhalten, aber nicht die Standardmerkmale aufweisen, die wir Sternen zuordnen, hauptsächlich die chemische Struktur und die Fusionsenergiequelle. Die Objekte auf dieser Liste sind auf dem neuesten Stand der physikalischen Forschung und wurden noch nicht direkt beobachtet… noch nicht.

10 Quark Star

Ein Stern am Ende seines Lebens kann in ein schwarzes Loch, einen weißen Zwerg oder einen Neutronenstern einstürzen. Wenn der Stern ausreichend dicht ist, bevor er in eine Supernova übergeht, wird der Sternüberrest einen Neutronenstern bilden. In diesem Fall wird der Stern extrem heiß und dicht. Mit so viel Materie und Energie versucht der Stern, in sich zusammenzufallen und eine Singularität zu bilden, aber die fermionischen Teilchen im Zentrum (in diesem Fall Neutronen) gehorchen dem Pauli-Ausschlussprinzip. Dies bedeutet, dass die Neutronen nicht in den gleichen Quantenzustand komprimiert werden können, so dass sie gegen das kollabierende Material zurückschieben und das Gleichgewicht erreichen.

Astronomen gingen jahrzehntelang davon aus, dass ein Neutronenstern im Gleichgewicht bleiben würde. Als sich die Quantentheorie weiter entwickelte, schlugen Astrophysiker einen neuen Sternentyp vor, der auftreten würde, wenn der degenerative Druck des Neutronenkerns versagte. Dies wird als Quarkstar bezeichnet. Wenn der Druck der Sternmasse zunimmt, zerfallen die Neutronen in ihre Quarks, aus denen Quarks bestehen, die unter intensivem Druck und energetischer Energie frei existieren könnten, anstatt sich zu Hadronen wie Protonen und Neutronen zu koppeln. Diese Quarksuppe, die als "seltsame Materie" bezeichnet wird, wäre unglaublich dicht, mehr als ein normaler Neutronenstern.

Astrophysiker diskutieren immer noch darüber, wie genau sich diese Sterne bilden würden. Einige Theorien besagen, dass sie auftreten, wenn sich die Masse eines kollabierenden Sterns zwischen der Masse befindet, die erforderlich ist, um ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern zu bilden. Andere Forscher haben exotischere Mechanismen aufgestellt. Eine führende Theorie besagt, dass sich Quarksterne bilden, wenn dichte Pakete aus vorbestehender fremder Materie, die in schwach interagierenden massiven Partikeln (oder WIMPs) eingeschlossen sind, mit einem Neutronenstern kollidieren, den Kern mit fremdartiger Materie besetzen und die Transformation beginnen. Wenn dies der Fall ist, behält der Neutronenstern eine "Kruste" aus Neutronensternmaterial, wodurch er wie ein Neutronenstern wirkt, während er einen Fremdstoffkern hat. Obwohl keine Quarksterne gefunden wurden, können viele der beobachteten Neutronensterne heimlich Quarksterne sein.

9 Electroweak Star

Während der Quarkstern scheinbar die letzte Phase im Leben eines Sterns ist, bevor er stirbt und zu einem Schwarzen Loch wird, haben Physiker kürzlich einen weiteren theoretischen Stern vorgeschlagen, der zwischen einem Quarkstern und einem Schwarzen Loch existieren könnte. Der als elektroschwache Stern bezeichnete theoretische Typ könnte aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen schwacher Kernkraft und elektromagnetischer Kraft, die zusammen als elektroschwache Kraft bezeichnet wird, ein Gleichgewicht aufrechterhalten.

In einem elektroschwachen Stern würden der Druck und die Energie aus der Masse des Sterns auf den Kern des Quarksterns aus einer seltsamen Materie drücken. Bei zunehmender Energie vermischen sich die elektromagnetischen und schwachen Kernkräfte, und es bleibt kein Unterschied zwischen den beiden Kräften. Bei diesem Energieniveau lösen sich die Quarks im Kern in Leptonen wie Elektronen und Neutrinos auf. Der größte Teil der seltsamen Materie würde sich in Neutrinos verwandeln, und die freigesetzte Energie würde genügend Kraft nach außen liefern, um den Sternzusammenbruch zu stoppen.

Die Forscher sind an der Suche nach einem elektroschwachen Stern interessiert, weil die Eigenschaften des Kerns dem frühen Universum nicht eine Milliardstel Sekunde nach dem Urknall entsprechen würden. Zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte unseres Universums gab es keinen Unterschied zwischen schwacher Kernkraft und elektromagnetischer Kraft. Es hat sich als schwierig erwiesen, Theorien zu diesem Zeitpunkt zu formulieren. Die Suche nach einem elektroschwachen Stern würde der kosmologischen Forschung einen großen Schub verleihen.

Ein elektroschwarzer Stern wäre auch eines der dichtesten Objekte im Universum. Der Kern eines elektroschwachen Sterns würde die Größe eines Apfels haben, aber die Masse von zwei Erden enthalten, wodurch er dichter wäre als jeder zuvor beobachtete Stern.

8 Thorne-Zytkow-Objekt

1977 veröffentlichten Kip Thorne und Anna Zytkow einen Artikel über einen neuen Sternentyp namens Thorne-Zytkow-Objekt (TZO). Ein TZO ist ein Hybridstern, der durch die Kollision zwischen einem roten Supergiant und einem kleinen, dichten Neutronenstern gebildet wird. Da ein roter Überriese ein extrem großer Stern ist, würde der Neutronenstern hunderte von Jahren brauchen, um nur seine innere Atmosphäre zu durchbrechen. Während es sich weiter in den Stern bohrt, bewegt sich das Zentrum der Umlaufbahn (als Schwerpunkt genannt) der beiden Sterne in Richtung Zentrum des Überriesen. Letztendlich verschmelzen die beiden Sterne zu einer großen Supernova und schließlich zu einem schwarzen Loch.

Bei der Beobachtung würde das TZO zunächst wie ein typischer roter Überriese aussehen. Das TZO hätte jedoch eine Reihe ungewöhnlicher Eigenschaften für einen roten Überriese. Seine chemische Zusammensetzung würde sich nicht nur geringfügig unterscheiden, sondern auch der sich ausbreitende Neutronenstern würde Radiowellenausbrüche von innen verursachen. Eine TZO zu finden ist extrem schwierig, da sie sich subtil von einem normalen roten Überriese unterscheidet. Ein TZO würde sich wahrscheinlich nicht in unserer galaktischen Nachbarschaft bilden, sondern näher am Zentrum der Milchstraße, wo die Sterne dichter gepackt sind.

Dennoch hat dies die Astronomen nicht davon abgehalten, nach einem Kannibalenstern zu suchen, und 2014 wurde bekannt gegeben, dass der Überriese HV 2112 eine mögliche TZO ist.Die Forscher fanden heraus, dass HV 2112 ungewöhnlich viele metallische Elemente für einen roten Überriese aufweist. Die chemische Zusammensetzung von HV 2112 stimmt mit dem überein, was Thorne und Zytkow in den 70er Jahren theoretisch vermuteten. Astronomen halten es für einen starken Kandidaten für die erste beobachtete TZO. Es bedarf weiterer Forschung, aber es ist spannend zu glauben, dass die Menschheit ihren ersten Kannibalen-Stern gefunden haben könnte.

7 gefrorener Stern

Ein Standardstern verschmilzt Wasserstoffbrennstoff, um Helium zu bilden, und stützt sich dabei mit dem nach außen gerichteten Druck dieses Prozesses. Der Wasserstoff kann jedoch nicht für immer bestehen, und der Stern muss schließlich schwerere Elemente verbrennen. Leider ist die von diesen schwereren Elementen freigesetzte Energie nicht so viel wie Wasserstoff, und der Stern beginnt sich abzukühlen. Wenn der Stern schließlich zur Supernova wird, sät er das Universum mit den metallischen Elementen, die bei der Bildung neuer Sterne und Planeten eine Rolle spielen werden. Während das Universum mit der Zeit voranschreitet, explodieren immer mehr Sterne. Astrophysiker haben gezeigt, dass der Metallgehalt mit zunehmendem Alter des Universums zunehmen wird.

In der Vergangenheit hatten Sterne fast kein Metall, aber in der Zukunft haben Sterne einen stark erhöhten Metallgehalt. Wenn das Universum altert, werden sich neue und ungewöhnliche Arten von Metallsternen bilden, einschließlich des hypothetischen gefrorenen Sterns. Dieser Sternentyp wurde in den 1990er Jahren vorgeschlagen. Mit einer Fülle von Metall im Universum müssten neu gebildete Sterne eine viel niedrigere Temperatur benötigen, um ein Hauptreihenstern zu werden. Die kleinsten Sterne mit 0,04 Sternmassen (ungefähr Jupitermasse) könnten durch Aufrechterhaltung der Kernfusion bei nur 0 Grad Celsius (32 ° F) zur Hauptsequenz werden. Sie wären gefroren und von gefrorenen Eiswolken umgeben. In weiter Ferne werden diese gefrorenen Sterne die meisten regulären Sterne in einem kalten und tristen Universum ersetzen.

6 Magnetosphärisches ewig zusammenbrechendes Objekt

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Es überrascht nicht, dass es viele verwirrende Eigenschaften und Paradoxien mit schwarzen Löchern gibt. Um mit den Problemen der Schwarzen-Loch-Mathematik fertig zu werden, haben Theoretiker verschiedene sternförmige Objekte vorgeschlagen. Im Jahr 2003 haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass Schwarze Löcher nicht tatsächlich Singularitäten sind, wie allgemein angenommen, sondern ein exotischer Stern, der als das ewige kollabierende Objekt der Magnetosphäre (MECO) bezeichnet wird. Das MECO-Modell ist ein Versuch, mit dem theoretischen Problem umzugehen, dass die Materie eines zusammenbrechenden Schwarzen Lochs sich scheinbar schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegt.

Ein MECO bildet sich wie ein normales schwarzes Loch. Die Materie wird von der Schwerkraft überwunden und beginnt in sich zusammenzufallen. In einem MECO erzeugt jedoch die Strahlung, die durch Kollision subatomarer Teilchen erzeugt wird, einen nach außen gerichteten Druck, der dem durch die Fusion im Kern eines Sterns verursachten Druck nicht unähnlich ist. Dadurch kann der MECO relativ stabil bleiben. Es bildet niemals einen Ereignishorizont und bricht nie vollständig zusammen. Schwarze Löcher kollabieren schließlich in sich zusammen und verdunsten, aber ein MECO würde unendlich viel Zeit benötigen, um zusammenzubrechen. So tritt es in einen Zustand des ewigen Zusammenbruchs ein.

MECO-Theorien lösen viele Probleme der Schwarzen Löcher, einschließlich der Informationen. Da ein MECO niemals zusammenbricht, hat er nicht die Probleme der Informationszerstörung wie ein schwarzes Loch. So spannend die MECO-Theorien auch sein mögen, sie stoßen in der Physik-Community auf große Skepsis. Es wird allgemein angenommen, dass es sich bei Quasaren um schwarze Löcher handelt, die von einer leuchtenden Akkretionsscheibe umgeben sind. Daher haben Astronomen versucht, einen Quasar mit den präzisen magnetischen Eigenschaften eines MECO zu finden. Keines wurde schlüssig gefunden, aber neue Teleskope, die nach schwarzen Löchern suchen, sollten die Theorie stärker beleuchten. Derzeit ist der MECO eine interessante Lösung für Probleme mit dem Schwarzen Loch, jedoch kein führender Kandidat.

5 Bevölkerung III Stern

Wir haben bereits über gefrorene Sterne am Ende des Universums gesprochen, als alles zu metallisch geworden ist, als dass sich heiße Sterne bilden könnten. Aber was ist mit Sternen am anderen Ende des Spektrums? Diese Sterne, zusammengesetzt aus dem Urgas des Urknalls, werden Population-III-Sterne genannt. Das Sternpopulationsschema wurde in den 1940er Jahren von Walter Baade entworfen und beschrieb den Metallgehalt eines Sterns. Je höher die Bevölkerung, desto höher der Metallgehalt. Für die längste Zeit gab es nur zwei Populationen von Sternen (logisch Population I und Population II genannt), aber moderne Astrophysiker haben ernsthaft nach den Sternen gesucht, die direkt nach dem Urknall existieren mussten.

Diese Sterne hatten keine schwereren Elemente in sich. Sie bestanden ausschließlich aus Wasserstoff und Helium mit möglichen Spuren von Lithium. Population-III-Sterne waren absurd hell und gigantisch, größer als die meisten aktuellen Sterne. Ihr Kern würde nicht nur normale Elemente verschmelzen, sondern auch durch Vernichtungsreaktionen der dunklen Materie angetrieben werden. Sie waren auch extrem kurzlebig und dauerten nur etwa zwei Millionen Jahre. Schließlich verbrannten diese Sterne ihren gesamten Wasserstoff- und Heliumbrennstoff, begannen, ihren Brennstoff zu schwereren Metallelementen zusammenzuschmelzen, explodierten und zerstreuten ihre schwereren Elemente im ganzen Universum. Keiner überlebte das frühe Universum.

Wenn keiner überlebt hat, warum interessiert uns das überhaupt? Astronomen sind sehr an Population-III-Sternen interessiert, weil sie uns ein besseres Verständnis darüber vermitteln können, was im Urknall passiert ist und wie sich das frühe Universum entwickelt hat. Bei diesem Versuch ist die Lichtgeschwindigkeit der Freund eines Astronomen. Wenn Astronomen extrem entfernte Sterne finden, blicken sie angesichts der konstanten Lichtgeschwindigkeit tatsächlich zurück. Ein Team von Astronomen des Instituts für Astrophysik und Weltraumwissenschaften versucht, Galaxien zu betrachten, die weiter von der Erde entfernt sind als je zuvor.Das Licht dieser Galaxien stammt nur wenige Millionen Jahre nach dem Urknall und könnte das Licht von Population-III-Sternen enthalten. Durch das Studium dieser Sterne können Astronomen in die Vergangenheit blicken. Darüber hinaus zeigt das Studium der Population-III-Sterne auch, woher wir kamen. Diese frühen Sterne haben das Universum mit den lebensspendenden Elementen geimpft, die für die menschliche Existenz notwendig sind.

4 Quasi-Stern

Nicht zu verwechseln mit einem Quasar (ein Objekt, das wie ein Stern aussieht, aber eigentlich nicht aussieht), ist der Quasi-Stern ein theoretischer Sternentyp, der nur im frühen Universum existiert haben könnte. Wie das oben erwähnte TZO wäre der Quasi-Stern ein Kannibalenstern gewesen, aber statt eines anderen Sterns in der Mitte hatte er ein schwarzes Loch. Quasi-Sterne hätten sich aus massiven Population-III-Sternen gebildet. Wenn normale Sterne kollabieren, gehen sie in eine Supernova über und hinterlassen ein schwarzes Loch. In einem Quasi-Stern hätte die dichte äußere Schicht aus Kernmaterial den Energiestoß des Kernzusammenbruchs absorbiert und wäre an Ort und Stelle geblieben, ohne in eine Supernova zu geraten. Die äußere Hülle des Sterns würde intakt bleiben, während die Innenseite ein schwarzes Loch bildete.

Wie ein moderner fusionsbasierter Stern würde der Quasi-Stern ein Gleichgewicht erreichen, obwohl er von mehr als der Energie der Fusion gestützt worden wäre. Die vom Schwarzlochkern emittierte Energie hätte den nach außen gerichteten Druck geliefert, um dem Zusammenbruch der Schwerkraft zu widerstehen. Ein Quasi-Stern wäre von Materie gespeist worden, die in das innere Schwarze Loch fiel und Energie freisetzte. Aufgrund der massiven Energiefreisetzung wäre ein Quasi-Stern extrem hell und rund 7.000 Mal massiver als die Sonne gewesen.

Irgendwann würde jedoch ein Quasi-Stern nach etwa einer Million Jahren seine äußere Hülle verlieren und nur ein massives schwarzes Loch hinterlassen. Astrophysiker haben die Theorie aufgestellt, dass alte Quasi-Sterne die Quelle der supermassiven Schwarzen Löcher in den Zentren der meisten Galaxien waren, einschließlich unserer. Die Milchstraße hätte als einer dieser exotischen und ungewöhnlichen alten Stars beginnen können.

3 Preon Star

Philosophen haben im Laufe der Jahrhunderte über die kleinste mögliche Aufteilung der Materie gestritten. Mit der Beobachtung von Protonen, Neutronen und Elektronen glaubten die Wissenschaftler, die zugrunde liegende Struktur des Universums gefunden zu haben. Mit dem Voranschreiten der Wissenschaft wurden jedoch immer kleinere Teilchen gefunden, die unsere Vorstellung von unserem Universum neu erfunden haben. Hypothetisch könnte dies für immer so weitergehen, aber einige Theoretiker haben den Preon als den kleinsten Teil der Natur vorgeschlagen. Ein Präon ist ein Punktpartikel ohne räumliche Dimension. Oft beschreiben Physiker Partikel wie ein Elektron als Punktpartikel, aber das ist nur ein praktisches Modell. Elektronen haben tatsächlich eine Dimension. Theoretisch nicht ein Preon. Sie wären das grundlegendste subatomare Teilchen.

Obwohl die Forschung mit dem Preon derzeit nicht in Mode ist, hat dies die Wissenschaftler nicht davon abgehalten, darüber zu diskutieren, wie ein Star aus Preons aussehen würde. Preon-Stars wären extrem klein und lagen zwischen Erbse und Fußball. In diesem winzigen Bereich wäre die Masse des Mondes verpackt. Preon-Sterne wären nach astronomischen Maßstäben leicht, aber viel dichter als Neutronensterne, das dichteste beobachtete Objekt.

Diese kleinen Sterne wären extrem schwer zu sehen und würden nur durch Beobachtung von Gravitationslinsen und Gammastrahlenstrahlung sichtbar. Aufgrund ihrer nicht nachweisbaren Natur haben einige Theoretiker Preon-Stars als Kandidaten für dunkle Materie vorgeschlagen. Die Forscher an Teilchenbeschleunigern konzentrieren sich jedoch auf die Higgs-Boson-Teilchenforschung, anstatt nach Preons zu suchen. Es wird also lange dauern, bis die Existenz des Preons bewiesen oder widerlegt wird, und noch länger, bevor wir einen Stern daraus finden.

2 Planck Star

Eine der interessantesten Fragen zu Schwarzen Löchern ist, wie sie von innen aussehen. Zu dieser Ausgabe wurden unzählige Filme, Bücher und Papiere veröffentlicht, die von fantastisch bis hoch wissenschaftlich reichen. In der Physik-Community besteht kein Konsens. Oft wird das Zentrum eines Schwarzen Lochs als Singularität mit unendlicher Dichte und ohne räumliche Dimension beschrieben, aber was bedeutet das eigentlich? Moderne Theoretiker versuchen, diese unbestimmte Beschreibung zu überwinden und tatsächlich herauszufinden, was in einem schwarzen Loch passiert. Von allen Theorien ist eine der faszinierendsten, dass das Zentrum eines Schwarzen Lochs tatsächlich einen Stern enthält, der als Planck-Stern bezeichnet wird.

Die Motivation hinter dem Planck-Star-Vorschlag besteht darin, das Informationsparadox des Schwarzen Lochs aufzulösen. Wenn ein schwarzes Loch nur als Punkt-Singularität betrachtet wird, hat dies den unglücklichen Nebeneffekt, dass Informationen beim Eintritt in das Schwarze Loch zerstört werden, wodurch die Erhaltungssätze verletzt werden. Ein Stern in der Mitte eines Schwarzen Lochs löst dieses Problem jedoch und hilft bei der Bewältigung von Problemen am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs.

Wie Sie sich vorstellen können, ist ein Planck-Stern ein merkwürdiges Tier, obwohl er durch die normale Kernfusion unterstützt wird. Sein Name rührt von der Tatsache her, dass der Stern eine Energiedichte in der Nähe der Planck-Dichte hätte. Die Energiedichte ist ein Maß für die in einem Raumbereich enthaltene Energie, und die Planck-Dichte ist eine riesige Zahl: 5,15 x 10 Kilogramm pro Kubikmeter. Das ist viel Energie. Theoretisch ist es, wie viel Energie direkt nach dem Urknall im Universum enthalten war. Leider könnten wir niemals einen Planck-Stern sehen, wenn er sich in einem Schwarzen Loch befände, aber dies ist eine interessante Idee, um verschiedene astronomische Paradoxien zu lösen.

1 Fuzzball

Physiker lieben es, für komplexe Ideen lustige Namen zu finden. "Fuzzball" ist der süßeste Name, der jemals einer Region mit tödlichem Raum gegeben wurde, die Sie sofort umbringen könnte. Die Fuzzball-Theorie entstammt dem Versuch, ein schwarzes Loch mit den Ideen der Stringtheorie zu beschreiben.Daher ist ein Fuzzball kein echter Star in dem Sinne, dass es sich nicht um ein Miasma von Glühlampenplasma handelt, das durch thermonukleare Fusion unterstützt wird. Vielmehr handelt es sich um eine Region aus verschlungenen Energieketten, die von ihrer eigenen inneren Energie unterstützt werden.

Wie bereits erwähnt, besteht ein Schlüsselproblem bei schwarzen Löchern darin, herauszufinden, was sich in ihnen befindet. Dieses tiefgreifende Problem ist sowohl ein beobachtendes als auch ein theoretisches Rätsel. Normale Theorien des Schwarzen Lochs führen zu einer Reihe von Widersprüchen. Stephen Hawking zeigte, dass Schwarze Löcher verdunsten, was bedeutet, dass jegliche Informationen für immer verloren gehen. Modelle des Schwarzen Lochs zeigen, dass seine Oberfläche eine hochenergetische "Firewall" ist, die ankommende Partikel verdampft. Am wichtigsten ist, dass die Theorien der Quantenmechanik nicht funktionieren, wenn sie auf die Singularität eines Schwarzen Lochs angewendet werden.

Fuzzbälle behandeln diese Bedenken. Um zu verstehen, was ein Fuzzball ist, stellen Sie sich vor, wir hätten in einer zweidimensionalen Welt wie ein Stück Papier gelebt. Wenn jemand einen Zylinder auf das Papier legt, würden wir ihn als zweidimensionalen Kreis wahrnehmen, obwohl das Objekt tatsächlich in drei Dimensionen existiert. Wir können uns vorstellen, dass in unserem Universum höherdimensionale Strukturen existieren; in der stringtheorie werden diese branes genannt. Wenn eine höhere Dimension vorhanden wäre, würden wir sie nur mit unseren vier dimensionalen Sinnen und unserer Mathematik wahrnehmen. String-Theoretiker haben vorgeschlagen, dass das, was wir als schwarzes Loch bezeichnen, tatsächlich nur unsere niedrigdimensionale Wahrnehmung einer höherdimensionalen String-Struktur ist, die sich mit unserer vierdimensionalen Raumzeit schneidet. Ein schwarzes Loch ist also nicht wirklich eine Singularität. Es ist nur der Schnittpunkt unserer Raumzeit mit höherdimensionalen Strings. Diese Kreuzung ist der Fuzzball.

Das mag esoterisch erscheinen und wird immer noch heftig diskutiert. Wenn Schwarze Löcher jedoch Fuzzbälle sind, werden viele Paradoxien gelöst. Es hat auch etwas andere Eigenschaften als Schwarze Löcher. Anstelle einer eindimensionalen Singularität hat der Fuzzball ein bestimmtes Volumen. Obwohl es über ein bestimmtes Volumen verfügt, hat es keinen genauen Ereignishorizont, wodurch die Kanten "unscharf" werden. Außerdem können Physiker ein schwarzes Loch mit quantenmechanischen Prinzipien beschreiben. Außerdem ist "Fuzzball" ein wahrer Spaß in unserer wissenschaftlichen Sprache.