Коли гине гігантська зірка, вона може виродитися в чорну діру або в в сверхплотную нейтронну зірку. Але на нічному небі, часом, трапляються куди більш дивні речі. Ось кілька типів зірок, на тлі яких чорна діра виглядає нудною і нецікавою.
Перш ніж приступити, слід сказати кілька слів про загальні риси для більшості зірок. Звичайна зірка представляє з себе гігантський згусток світиться плазми, переважно складається з водню, але також містить деяку кількість інших елементів. Маса зірок може сильно варіюватися, від крихітних червоних карликів, до синіх супер-гігантів.
Коли зірка досягає кінця свого життя, може статися одне з двох. Зірки, що володіють маленькою або середньою масою, проходять через короткий період розширення, звужуючись потім до білого карлика - блідою копії старої зірки, яка може існувати практично вічно. Але якщо зірка досить масивна, вона вибухне, сформувавши наднову, а потім перетвориться в нейтронну зірку або чорну діру.
Щоб краще зрозуміти природу зірок, про яких далі піде мова, потрібно спочатку зупинитися на нейтронної зірки. Сама назва говорить про те, що вона, переважно, складається з нейтронів. Відповідно до сучасного поданням про ці зірках, вони мають зовнішній шар атомів в оточенні вільних електронів; глибше знаходяться протони і нейтрони, причому, останніх значно більше. Ще глибше йде суміш вільних нейтронів і електронів, а також ядер. А ось про те, що з себе представляє ядро нейтронної зірки, ми поки знаємо небагато.
Але найцікавіше починається, коли сила тяжіння стає достатньою, щоб втиснути зоряну матерію в сферу діаметром 30 кілометрів. При такій неймовірній щільності матерія приймає нові, вироджені форми, які ми називаємо нейтронної матерією. І якщо щільність стає сильнішою, ніж ця матерія здатна витримати, зірка повністю руйнується і приймає форму чорної діри.
Отже, поки що все виглядає досить просто. Але що якщо між нейтронними зірками і чорними дірами існують інші види крихітних світил? Зрештою, компактна зірка повинна мати масу, в 10 разів перевищує масу Сонця, щоб стати чорною дірою, але маса нейтронних зірок більше сонячної всього в 1.5-3 рази. Що знаходиться між цими двома показниками? Ось тут і починаються дивні речі.
Причина, по якій нейтронні зірки здатні витримувати величезні сили тяжіння, криється в квантовому властивості, відомому як «виродження тиску». Це коли матерія досягає такої щільності, що частинки можуть існувати окремо тільки тому, що закони квантової механіки забороняють їм займати одні й ті ж квантові стану. Так як окремі нейтрони значно менше, ніж атоми, вони набагато легше притискаються один до одного в рамках нейтронної зірки, на що не здатні навіть самі щільно упаковані атомні структури.
А що трапляється, коли щільніше вже не буває? У теорії, нейтрони починають ділитися на свої власні частини, іменовані кварками. Нейтрони складаються з одного верхнього і двох нижніх кварків, які, в свою чергу, можуть перетворитися в своїх більш важких родичів - «дивних кварків». І вся ця дивовижна каша з частинок називається «дивною матерією».
Так ось, якщо ця гіпотетична зірка має верхні і нижні кварки, вона зветься кварковой, а якщо вона містить ще й велику кількість s-кварків. то її називають дивною зіркою. Але чи дійсно існують такі зірки? Проблема в тому, що ми поки мало розбираємося в рівняннях, які регулюють поведінку нейтронно-вироджених і кварк-вироджених матерії, тому ми не можемо знати напевно.
Але не потрібно втрачати надію - може бути у нас і немає ніяких теоретичних доказів, але ось емпіричних даних повно. Завдяки теорії ми маємо деяке уявлення про те, як виглядають такі зірки. Найближча зірка, яка вважається нейтронної, знаходиться на відстані в 150 світлових років від Землі і має кодову назву RX J1856.5-3754. Її діаметр становить всього 11 кілометрів. Є також 3C58 - інша нейтронна зірка, що показує дуже високі темпи охолодження. Проблема в тому, що діаметр першої і різниця температур другої зірки виходять за рамки тих властивостей, якими, на думку вчених, можуть володіти нейтронні зірки.
Обидві ці зірки відразу ж стали першими кандидатами в кваркові зірки, хоча більшість учених поки не готові зробити остаточні висновки. Адже ніхто точно не знає, якими насправді повинні бути нейтронні зірки, тому не можна бути впевненим, що відхилення, які ми спостерігаємо, насправді такими є.
Тим не менш, є ще кілька ознак існування кваркових зірок. Справа в тому, що якщо вже нейтронна зірка перетвориться на кварковую, ми це точно зауважимо, так як при цьому звільняється грандіозне кількість енергії - 10 ^ 47 джоулів. Є думка, що саме ці вибухи стоять за найбільш інтенсивними гамма-сплесками, які ми спостерігаємо.
І хоча це все на даний момент знаходиться на рівні теорії, але знання про кваркових зірках поступово накопичуються. Можливо, вони стануть для нас тим, чим були чорні діри для попередніх поколінь - спірним космічним об'єктом, для визнання якого поки що немає достатньо доказів. Колись обсяг інформації про чорні діри досяг критичної точки, після чого це явище охоче прийняли в наукових колах.
Занурюємося глибше: преонов зірки
Можна розвинути ідею виродження і уявити, що трапиться з кваркової матерією, коли вона стане настільки щільною, що не зможе складатися з окремих частинок. Є два варіанта. Відповідно до першого, загальноприйнятого, гравітація повністю все придушить, наділивши частки нескінченної щільністю, в слідстві чого утворюється чорна діра.
Але є інша, альтернативна точка зору. Нейтрони складаються з кварків ... що якщо кварки теж не є цілісними і, в свою чергу, складаються з ще більш фундаментальних частинок? Якщо це дійсно так, то між кварковой зіркою і чорною дірою існує проміжна ланка, іменоване «преонні зірки й», що складається з суб-суб-субатомних частинок - преонов. Преонов були запропоновані в якості неподільних об'єктів, які, в певних комбінаціях, формують будь-який інший тип частинок.
Але ця струнка теорія суперечить Стандартної Моделі. яка до сих пір відмінно допомагала пояснювати природу всесвіту, хоча і не без шорсткостей. Преонов модель же досить непопулярна серед фізиків. Але деякі шанси на визнання у неї є - до тих пір, поки ніхто не довів існування бозона Хіггса. який, як відомо, геть перекреслює всі теорії про преонов.
Щось середнє: електрослабкої зірки
Давайте забудемо про кварках і преонов, і просто звернемося до загальноприйнятої моделі, в якій масивні зірки можуть стати або нейтронними, або чорними дірами. Тепер уявімо, що нейтронна зірка досягла критичних показників сили тяжіння і ось-ось перетвориться на чорну діру. В процесі, температура збільшується настільки, що слабкі ядерні сили стають електрослабкої.
Електрослабкої сили, ймовірно, не існує з тих пір, як рання всесвіт охолола до певної температури. Але нейтронні зірки з «правильної» щільністю можуть цю силу відродити. І що ж це значить? Одним з властивостей електрослабкої сили є здатність перетворення кварків в лептони - частинки, які набагато легше, ніж електрон або нейтрино.
Втрата такої значної кількості маси супроводжується виділенням величезної енергії, і цього повинно вистачити, щоб зупинити остаточне руйнування зірки. Електрослабкої зірки можуть зберігатися протягом мільйонів років, перш ніж знову деградувати в чорну діру.
А тепер щось зовсім інше: бозон зірки
До цього моменту всі зірки, про яких ми говорили, складалися (принаймні, спочатку) з ферміонів - сімейства частинок, до якого належать і електрони, і протони, і нейтрони, і кварки. Але що якщо зірка може сформуватися з зовсім іншої групи частинок - бозонів? Бозони, в теорії, є тією сполучною ланкою, завдяки якому взаємодіють елементарні ферміони.
Але існує ймовірність того, що бозони самі можуть сформувати свій власний тип матерії. Такі частинки повинні мати малу масу і бути стабільними. І якщо подібні бозони мають місце бути, вони можуть об'єднатися, сформувавши зірку. І те, що ніяких доказів існування подібних зірок немає, не зупиняє фізиків від спекуляцій на цю тему, так як є кілька інтригуючих причин, чому наука не заперечує їх існування.
Справа в тому, що якщо бозон зірка десь і знаходиться, то це, швидше за все - центр галактики. Зокрема, ми спостерігаємо кілька галактик з так званими активними галактичних ядрами, які в своїх осередках набагато яскравіше, ніж можна було б очікувати. Ось там цілком можуть ховатися бозони зірки.
Вважається, що вони могли сформуватися під час екстремальних гравітаційних умов на ранніх стадіях розвитку Всесвіту. Це побічно підтверджується тим фактом, що більшість галактик з активними ядрами спостерігаються у віддалених (отже, найдревніших) частинах космосу.
Схожі записи:
Вірус під нехитрою назвою M13 має шанси змінити світ. Команда вчених з лабораторії Берклі за допомогою генної інженерії змогла змусити вірус M13 виділяти кількість енергії достатня для харчування невеликого світлодіодного екрана. Незважаючи на страшну назву, вірус не становить загрози для [...]
Сонце, без якого життя на нашій планеті неможлива (хоча, з іншого боку, саме Сонце може стати основною загрозою цьому житті) знаходиться зараз в стадії високої активності. Підтвердженням тому можуть стати хоча б неодноразові потужні спалахи, які в новітній історії приводили [...]