Экзотическая звезда
Экзотическая звезда — это гипотетическая компактная звезда, состоящая из экзотической материи (чего-то, что не состоит из электронов , протонов , нейтронов или мюонов ) и уравновешенная против гравитационного коллапса давлением вырождения или другими квантовыми свойствами.
Типы экзотических звезд включают в себя
- кварковые звезды (состоящие из кварков )
- странные звезды (состоящие из кварковой материи , конденсата верхних , ) нижних и странных кварков странной
- § Звезды-преоны (спекулятивный материал, состоящий из преонов , которые являются гипотетическими частицами и «строительными блоками» кварков и лептонов, если кварки могут быть разложены на составляющие субчастицы).
Из различных предложенных типов экзотических звезд наиболее хорошо изученной и изученной является кварковая звезда , хотя ее существование не подтверждено.
В механике Ньютона объекты, достаточно плотные, чтобы улавливать любой излучаемый свет, называются темными звездами . [1] [2] [а] , в отличие от черных дыр в общей теории относительности .Однако то же название используется для гипотетических древних «звезд», получавших энергию из темной материи .
Экзотические звезды во многом гипотетические – отчасти потому, что трудно детально проверить, как могут вести себя такие формы материи, а отчасти потому, что до появления молодой технологии гравитационно-волновой астрономии не существовало удовлетворительных средств обнаружения компактных астрофизических объектов, которые не излучать либо электромагнитно, либо через известные частицы. Хотя объекты-кандидаты иногда идентифицируются на основе косвенных данных, пока невозможно отличить их наблюдательные сигнатуры от сигнатур известных объектов.
Кварковые звезды и странные звезды
[ редактировать ]Кварковая звезда — это гипотетический объект, возникший в результате распада нейтронов на составляющие их верхние и нижние кварки под действием гравитационного давления. Ожидается, что она будет меньше и плотнее нейтронной звезды и может существовать в этом новом состоянии бесконечно, если не будет добавлена дополнительная масса. По сути, это один очень большой адрон . Кварковые звезды, содержащие странную материю, называются странными звездами .
На основании наблюдений, опубликованных рентгеновской обсерваторией Чандра 10 апреля 2002 года, два объекта, названные RX J1856.5-3754 и 3C 58 , были предложены в качестве кандидатов в кварковые звезды. Первые оказались намного меньше, а вторые намного холоднее, чем ожидалось для нейтронной звезды, что позволяет предположить, что они состоят из материала более плотного, чем нейтроний . Однако эти наблюдения были встречены исследователями со скептицизмом, которые заявили, что результаты не являются окончательными. [ ВОЗ? ] После дальнейшего анализа RX J1856.5−3754 была исключена из списка кандидатов в кварковые звезды. [3]
Электрослабые звезды
[ редактировать ]Электрослабая звезда — гипотетический тип экзотической звезды, в которой гравитационному коллапсу звезды препятствует радиационное давление , возникающее в результате электрослабого горения ; то есть энергия, выделяемая при превращении кварков в лептоны посредством электрослабого взаимодействия . Этот процесс происходит в объеме ядра звезды размером примерно с яблоко и содержащем около двух земных масс. [4]
Предполагается, что стадия жизни звезды, на которой образуется электрослабая звезда, наступает после коллапса сверхновой . Электрослабые звезды плотнее, чем кварковые звезды, и могут образоваться, когда гравитационному притяжению больше не может противостоять давление вырождения кварков , но все еще может противостоять давление электрослабого горения. [5] Эта фаза жизни звезды может длиться более 10 миллионов лет. [4] [5] [6] [7]
Преоновые звезды
[ редактировать ]Преоновая звезда — предполагаемый тип компактной звезды, состоящей из преонов , группы гипотетических субатомных частиц . Ожидается, что преонные звезды будут иметь огромную плотность , превышающую 10 23 кг/м 3 . Они могут иметь большую плотность, чем кварковые звезды, и они будут тяжелее, но меньше, чем белые карлики и нейтронные звезды. [8] Преоновые звезды могли возникнуть в результате взрывов сверхновых или Большого взрыва . Такие объекты в принципе можно было бы обнаружить с помощью гравитационного линзирования гамма -лучей . Звезды-преоны являются потенциальными кандидатами на роль темной материи . Однако текущие наблюдения [9] от ускорителей частиц выступают против существования преонов или, по крайней мере, не ставят их исследование в приоритет, поскольку единственный в настоящее время детектор частиц, способный исследовать очень высокие энергии ( Большой адронный коллайдер ), не предназначен специально для этого и его исследовательская программа направлена на другие области, такие как изучение бозона Хиггса , кварк-глюонной плазмы и доказательств, связанных с физикой за пределами Стандартной модели . [ нужны разъяснения ]
Бозонные звезды
[ редактировать ]Бозонная звезда — это гипотетический астрономический объект, образованный из частиц, называемых бозонами (обычные звезды состоят в основном из протонов и электронов, которые являются фермионами , но также содержат большую долю ядер гелия-4 , которые являются бозонами , и меньшее количество различных более тяжелые ядра, которые могут быть любыми). Для существования этого типа звезд должен существовать стабильный тип бозона с самоотталкивающим взаимодействием; одна возможная частица-кандидат [10] - это все еще гипотетический «аксион» (который также является кандидатом на роль еще не обнаруженных частиц «небарионной темной материи» , которые, по-видимому, составляют примерно 25% массы Вселенной). Это теоретически [11] что в отличие от обычных звезд (которые излучают излучение из-за гравитационного давления и ядерного синтеза), бозонные звезды будут прозрачными и невидимыми. Огромная гравитация компактной бозонной звезды преломляла бы свет вокруг объекта, создавая пустую область, напоминающую тень горизонта событий черной дыры . Подобно черной дыре, бозонная звезда поглощала бы обычную материю из своего окружения, но из-за прозрачности материя (которая, вероятно, нагревалась бы и излучала бы излучение) была бы видна в ее центре. Моделирование предполагает, что вращающиеся бозонные звезды будут иметь форму тора или «пончика», поскольку центробежные силы придадут бозонной материи такую форму.
По состоянию на 2024 год [update], нет никаких существенных доказательств существования таких звезд. Однако их может оказаться возможным обнаружить по гравитационному излучению, испускаемому парой бозонных звезд, находящихся на одной орбите. [12] [13] а GW190521 , считающаяся самой энергичной черной дырой , может быть лобовым столкновением двух бозонных звезд. [14]
Бозонные звезды могли образоваться в результате гравитационного коллапса на начальных стадиях Большого взрыва. [15] По крайней мере теоретически, в ядре галактики может существовать сверхмассивная бозонная звезда, что может объяснить многие наблюдаемые свойства активных галактических ядер . [16]
Бозонные звезды также были предложены в качестве кандидатов на объекты темной материи . [17] и была выдвинута гипотеза, что ореолы темной материи, окружающие большинство галактик, можно рассматривать как огромные «бозонные звезды». [18]
Компактные бозонные звезды и бозонные оболочки часто изучаются с использованием таких полей, как массивные (или безмассовые) комплексные скалярные поля , калибровочное поле U (1) и гравитация с коническим потенциалом . Наличие положительной или отрицательной космологической постоянной в теории облегчает исследование этих объектов в деситтеровских и антидеситтеровских пространствах . [19] [20] [21] [22] [23]
Бозонные звезды, состоящие из элементарных частиц со спином 1, были названы звездами Прока . [24]
Бротен, Мохапатра и Чжан (2016) предположили, что может существовать плотная аксионная звезда нового типа, в которой гравитация уравновешивается давлением среднего поля аксионного конденсата Бозе-Эйнштейна . [25] Возможность существования плотных аксионных звезд была оспорена другими работами, которые не подтверждают это утверждение. [26]
Планковские звезды
[ редактировать ]В петлевой квантовой гравитации звезда Планка является гипотетически возможным астрономическим объектом , который создается, когда плотность энергии коллапсирующей звезды достигает плотности энергии Планка . В этих условиях, если предположить, что , возникает отталкивающая « гравитация и пространство-время квантуются сила», вытекающая из Гейзенберга принципа неопределенности . Другими словами, если гравитация и пространство-время квантованы, накопление массы-энергии внутри звезды Планка не может сжаться за пределами этого предела и сформировать гравитационную сингулярность , поскольку это нарушит принцип неопределенности для самого пространства-времени. [27]
Q-звезды
[ редактировать ]Q-звезды — это гипотетические объекты, возникшие в результате сверхновых или Большого взрыва. Предполагается, что они достаточно массивны, чтобы искривить пространство-время до такой степени, что часть, но не весь свет может покинуть его поверхность. По прогнозам, они плотнее, чем нейтронные звезды или даже кварковые звезды. [28]
См. также
[ редактировать ]Сноски
[ редактировать ]- ^ Квантовые эффекты могут помешать образованию настоящих черных дыр и вместо этого привести к появлению плотных объектов, называемых черными звездами . [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Виссер, Мэтт; Барсело, Карлос; Либерати, Стефано; Сонего, Себастьяно (февраль 2009 г.). «Маленький, темный и тяжелый: но черная ли это дыра?». arXiv : 0902.0346v2 [ gr-qc ]. Виссер, Мэтт; Барсело, Карлос; Либерати, Стефано; Сонего, Себастьяно (2009). «Маленький, темный и тяжелый: но черная ли это дыра?». arXiv : 0902.0346v2 [ gr-qc ].
- ^ Jump up to: а б Виссер, Мэтт; Барсело, Карлос; Либерати, Стефано; Сонего, Себастьяно (30 сентября 2009 г.). «Как квантовые эффекты могут создавать черные звезды, а не дыры» . Научный американец . № Октябрь 2009 г. Архивировано из оригинала 15 ноября 2013 г. Проверено 25 декабря 2022 г.
Первоначально опубликовано под названием «Черные звезды, а не дыры» .
- ^ Трумпер, Дж. Э.; Бурвиц, В.; Хаберл, Ф.; Завлин В.Е. (июнь 2004 г.). «Загадки RX J1856.5-3754: нейтронная звезда или кварковая звезда?». Ядерная физика Б: Приложения к сборнику трудов . 132 : 560–565. arXiv : astro-ph/0312600 . Бибкод : 2004НуФС.132..560Т . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2004.04.094 . S2CID 425112 .
- ^ Jump up to: а б Сига, Д. (4 января 2010 г.). «Экзотические звезды могут имитировать Большой взрыв» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 18 января 2010 года . Проверено 18 февраля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б «Теоретики предлагают новый способ сиять – и новый тип звезды: «Электрослабую» » (Пресс-релиз). Университет Кейс Вестерн Резерв . 15 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 21 февраля 2020 г. . Проверено 16 декабря 2009 г. - через ScienceDaily .
- ^ Виеру, Тюдор (15 декабря 2009 г.). «Новый тип космических объектов: Электрослабые звезды» . Софтпедия . Архивировано из оригинала 18 декабря 2009 года . Проверено 16 декабря 2009 г.
- ^ «Астрономы предсказывают новый класс «электрослабых» звезд» . Обзор технологий . 10 декабря 2009 года. Архивировано из оригинала 19 октября 2012 года . Проверено 16 декабря 2009 г.
- ^ Ханнсон, Дж.; Сандин, Ф. (9 июня 2005 г.). «Преоновые звезды: новый класс космических компактных объектов». Буквы по физике Б. 616 (1–2): 1–7. arXiv : astro-ph/0410417 . Бибкод : 2005PhLB..616....1H . дои : 10.1016/j.physletb.2005.04.034 . S2CID 119063004 .
- ^ Уилкинс, Аласдер (9 декабря 2010 г.). «Звезды настолько странные, что на их фоне черные дыры кажутся скучными» . ио9 . Архивировано из оригинала 28 марта 2014 года . Проверено 12 сентября 2015 г.
- ^ Колб, Эдвард В.; Ткачев, Игорь Иванович (29 марта 1993 г.). «Аксионные минископления и бозе-звезды». Письма о физических отзывах . 71 (19): 3051–3054. arXiv : hep-ph/9303313 . Бибкод : 1993PhRvL..71.3051K . doi : 10.1103/PhysRevLett.71.3051 . ПМИД 10054845 . S2CID 16946913 .
- ^ Кларк, Стюарт (15 июля 2017 г.). «Боже мой! (Астрономов, впервые взглянувших на черное сердце нашей галактики, может ожидать большой сюрприз)». Новый учёный . п. 29.
- ^ Шютц, Бернард Ф. (2003). Гравитация с нуля (3-е изд.). Издательство Кембриджского университета . п. 143 . ISBN 0-521-45506-5 .
- ^ Паленсуэла, К.; Ленер, Л.; Либлинг, С.Л. (2008). «Орбитальная динамика бинарных бозонных звездных систем». Физический обзор D . 77 (4): 044036. arXiv : 0706.2435 . Бибкод : 2008PhRvD..77d4036P . дои : 10.1103/PhysRevD.77.044036 . S2CID 115159490 .
- ^ Бустильо, Хуан Кальдерон; Санчис-Гуаль, Николя; Торрес-Форне, Алехандро; Шрифт, Хосе А.; Ваджпейи, Ави; Смит, Рори; и др. (2021). «GW190521 как слияние звезд Прока: потенциальный новый векторный бозон размером 8,7×10». −13 eV» . Письма о физическом обзоре . 126 (8): 081101. arXiv : 2009.05376 . doi : /PhysRevLett.126.081101 . hdl : 10773/31565 . PMID 33709746. 10.1103 S2CID 23171922. 4 .
- ^ Мэдсен, Марк С.; Лиддл, Эндрю Р. (1990). «Космологическое образование бозонных звезд». Буквы по физике Б. 251 (4): 507. Бибкод : 1990PhLB..251..507M . дои : 10.1016/0370-2693(90)90788-8 .
- ^ Торрес, Диего Ф.; Капоцциелло, С.; Ламбиасе, Г. (2000). «Сверхмассивная бозонная звезда в центре галактики?». Физический обзор D . 62 (10): 104012. arXiv : astro-ph/0004064 . Бибкод : 2000PhRvD..62j4012T . дои : 10.1103/PhysRevD.62.104012 . S2CID 16670960 .
- ^ Шарма, Р.; Кармакар, С.; Мукерджи, С. (2008). «Бозонная звезда и темная материя». arXiv : 0812.3470 [ gr-qc ].
- ^ Ли, Джэ Вон; Ко, Ин-гай (1996). «Галактические гало как бозонные звезды». Физический обзор D . 53 (4): 2236–2239. arXiv : hep-ph/9507385 . Бибкод : 1996PhRvD..53.2236L . дои : 10.1103/PhysRevD.53.2236 . ПМИД 10020213 . S2CID 16914311 .
- ^ Кумар, С.; Кулшрешта, У.; Кулшрешта, Д.С. (2016). «Заряженные компактные бозонные звезды и оболочки при наличии космологической постоянной». Физический обзор D . 94 (12): 125023. arXiv : 1709.09449 . Бибкод : 2016PhRvD..94l5023K . дои : 10.1103/PhysRevD.94.125023 . S2CID 54590086 .
- ^ Кумар, С.; Кулшрешта, У.; Кулшрешта, Д.С. (2016). «Заряженные компактные бозонные звезды и оболочки при наличии космологической постоянной». Физический обзор D . 93 (10): 101501. arXiv : 1605.02925 . Бибкод : 2016PhRvD..93j1501K . дои : 10.1103/PhysRevD.93.101501 . S2CID 118474697 .
- ^ Клейхаус, Б.; Кунц, Дж.; Ламмерзал, К.; Лист, М. (2010). «Бозонные оболочки, укрывающие заряженные черные дыры». Физический обзор D . 82 (10): 104050. arXiv : 1007.1630 . Бибкод : 2010PhRvD..82j4050K . дои : 10.1103/PhysRevD.82.104050 . S2CID 119266501 .
- ^ Хартманн, Б.; Клейхаус, Б.; Кунц, Дж.; Шаффер, И. (2013). «Компактные (A)dS-бозонные звезды и оболочки». Физический обзор D . 88 (12): 124033. arXiv : 1310.3632 . Бибкод : 2013PhRvD..88l4033H . дои : 10.1103/PhysRevD.88.124033 . S2CID 118721877 .
- ^ Кумар, С.; Кулшрешта, У.; Кулшрешта, Д.С.; Кален, С.; Кунц, Дж. (2017). «Некоторые новые результаты о заряженных компактных бозонных звездах». Буквы по физике Б. 772 : 615–620. arXiv : 1709.09445 . Бибкод : 2017PhLB..772..615K . дои : 10.1016/j.physletb.2017.07.041 . S2CID 119375441 .
- ^ Брито, Ричард; Кардозо, Витор; Эрдейро, Карлос А.Р.; Раду, Евгений (январь 2016 г.). «Звезды Прока: гравитирующие бозе-эйнштейновские конденсаты массивных частиц со спином 1» . Буквы по физике Б. 752 : 291–295. arXiv : 1508.05395 . Бибкод : 2016PhLB..752..291B . дои : 10.1016/j.physletb.2015.11.051 . hdl : 11573/1284757 . S2CID 119110645 . Архивировано из оригинала 25 ноября 2021 года . Проверено 25 июля 2021 г.
- ^ Бротен, Эрик; Мохапатра, Абхишек; Чжан, Хун (2016). «Плотные аксионные звезды» . Письма о физических отзывах . 117 (12): 121801. arXiv : 1512.00108 . Бибкод : 2016PhRvL.117l1801B . doi : 10.1103/PhysRevLett.117.121801 . ПМИД 27689265 . S2CID 34997021 . Архивировано из оригинала 28 апреля 2020 года . Проверено 26 сентября 2018 г.
- ^ Визинелли, Лука; Баум, Себастьян; Редондо, Хавьер; Фриз, Кэтрин; Вильчек, Франк (2018). «Разбавленные и плотные аксионные звезды». Буквы по физике Б. 777 : 64–72. arXiv : 1710.08910 . Бибкод : 2018PhLB..777...64В . дои : 10.1016/j.physletb.2017.12.010 . S2CID 56044599 .
- ^ Ровелли, Карло; Видотто, Франческа (2014). «Планковские звезды». Международный журнал современной физики Д. 23 (12): 1442026. arXiv : 1401.6562 . Бибкод : 2014IJMPD..2342026R . дои : 10.1142/S0218271814420267 . S2CID 118917980 .
- ^ Бахколл, Сафи; Линн, Брайан В.; Селипский, Стивен Б. (5 февраля 1990 г.). «Являются ли нейтронные звезды Q-звездами?» . Ядерная физика Б . 331 (1): 67–79. Бибкод : 1990НуФБ.331...67Б . дои : 10.1016/0550-3213(90)90018-9 . ISSN 0550-3213 .
Источники
[ редактировать ]- Ханссон, Йохан (2007). «Иерархия космических компактных объектов – без черных дыр» (PDF) . Акта Физика Полоника Б. 38 (1): 91. arXiv : astro-ph/0603342 . Бибкод : 2007AcPPB..38...91H . Архивировано из оригинала (PDF) 29 апреля 2014 года.
- Ханссон, Йохан; Сандин, Фредрик (2007). «Наблюдательное наследие преонных звезд: исследование новой физики за пределами БАК ЦЕРН». Физический обзор D . 76 (12): 125006. arXiv : astro-ph/0701768 . Бибкод : 2007PhRvD..76l5006S . дои : 10.1103/PhysRevD.76.125006 . S2CID 116307455 .
- Хорват, Дж. Э. (2007). «Ограничения на сверхплотные преонные звезды и сценарии их формирования». Астрофизика и космическая наука . 307 (4): 419–422. arXiv : astro-ph/0702288 . Бибкод : 2007Ap&SS.307..419H . дои : 10.1007/s10509-007-9392-0 . S2CID 16414712 .
- Сандин, Фредрик (2007). Экзотические фазы материи в компактных звездах . Кафедра прикладной физики и машиностроения/Отдел физики (кандидатская диссертация). Лулео, Швеция: Лулео Текнисский университет [Технологический университет Лулео]. ISSN 1402-1544 .
- «Расщепление кварка» . Природа . Ноябрь 2007 г.
- «Новый способ сиять, новый вид звезды» . СпейсДейли . 16 декабря 2009 года . Проверено 16 декабря 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Миллер, Дж. К.; Шахбаз, Т.; Нолан, Луизиана (1997). «Являются ли Q-звезды серьезной угрозой для кандидатов в черные дыры звездной массы?». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 294 (2): Л25–Л29. arXiv : astro-ph/9708065 . дои : 10.1111/j.1365-8711.1998.01384.x . S2CID 715726 .
- Абрамович, Марек А.; Клюжняк, Влодек; Ласота, Жан-Пьер (2002). «Нет наблюдательных доказательств существования горизонта событий черной дыры». Астрономия и астрофизика . 396 (3): L31–L34. arXiv : astro-ph/0207270 . Бибкод : 2002A&A...396L..31A . дои : 10.1051/0004-6361:20021645 . S2CID 9771972 .
- «Могут ли преонные звезды раскрыть скрытую реальность?» . Новый учёный . № 2643. 6 февраля 2008 г.
- «Микрозвездам, возможно, удастся избежать участи черной дыры» . Новый учёный . № 2472. 6 ноября 2008 г.
- Дай, Де-Чанг; Лю, Артур; Старкман, Гленн; Стойкович, Деян (2010). «Электрослабые звезды: как природа может извлечь выгоду из основного топлива стандартной модели». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2010 (12): 004. arXiv : 0912.0520 . Бибкод : 2010JCAP...12..004D . дои : 10.1088/1475-7516/2010/12/004 . S2CID 118417017 .
