10 étoiles théoriques étranges

Les étoiles fascinent les humains depuis le début de l'histoire. Avec la science moderne, nous en savons beaucoup sur les étoiles, y compris leurs divers types et structures. Les connaissances sur ce sujet sont en développement et les astrophysiciens ont proposé diverses étoiles théoriques pouvant exister dans notre univers. Outre les étoiles théoriques, les objets en forme d'étoile sont des structures astronomiques qui ressemblent et se comportent comme des étoiles mais qui ne possèdent pas les caractéristiques standard que nous attribuons aux étoiles, principalement la structure chimique et la source d'énergie de fusion. Les objets de cette liste sont à la pointe de la recherche physique et n'ont pas encore été observés directement… pour le moment.

10 Quark Star

Une étoile en fin de vie peut s'effondrer dans un trou noir, un nain blanc ou une étoile à neutrons. Si l'étoile est suffisamment dense avant de devenir une supernova, le résidu stellaire formera une étoile à neutrons. Lorsque cela se produit, l'étoile devient extrêmement chaude et dense. Avec autant de matière et d’énergie, l’étoile tente de s’effondrer sur elle-même et de former une singularité, mais les particules fermioniques situées au centre (dans ce cas, les neutrons) obéissent au principe d’exclusion de Pauli. Cela signifie que les neutrons ne peuvent pas être compressés dans le même état quantique, ils repoussent donc la matière en train de s’effondrer pour atteindre l’équilibre.

Pendant des décennies, les astronomes ont supposé qu'une étoile à neutrons resterait en équilibre. Mais à mesure que la théorie quantique se développait, les astrophysiciens proposèrent un nouveau type d'étoile qui se produirait lorsque la pression dégénérative du noyau neutronique serait défaillante. Ceci s'appelle une étoile de quark. Au fur et à mesure que la pression de la masse stellaire augmente, les neutrons se divisent en quarks constitués de haut en bas, qui, sous une pression et une énergie intenses, peuvent exister librement au lieu de se coupler pour produire des hadrons tels que des protons et des neutrons. Qualifiée de "matière étrange", cette soupe de quarks serait incroyablement dense, plus qu'une étoile à neutrons normale.

Les astrophysiciens discutent encore de la formation de ces étoiles. Certaines théories affirment qu'elles se produisent lorsque la masse d'une étoile qui s'effondre est comprise entre la masse nécessaire pour former un trou noir ou une étoile à neutrons. D'autres chercheurs ont théorisé des mécanismes plus exotiques. Une théorie dominante est que les étoiles de bouc se forment lorsque des paquets denses de matière étrange préexistante, enveloppés dans des particules massives en interaction faible (WIMP), entrent en collision avec une étoile à neutrons, ensemencant le noyau de matière étrange et commençant la transformation. Si cela se produisait, l'étoile à neutrons garderait une «croûte» de matériau pour étoile à neutrons, ce qui en ferait effectivement ressembler une étoile à neutrons tout en ayant un noyau de matière étrange. Bien qu'aucune étoile à quartz n'ait été trouvée, bon nombre des étoiles à neutrons observées peuvent être secrètement des étoiles à quartz.

9 étoile Electroweak

Bien que l’étoile de quark semble être la dernière étape de la vie d’une étoile avant de mourir et de devenir un trou noir, les physiciens ont récemment proposé une autre étoile théorique qui pourrait exister entre une étoile de quark et un trou noir. Appelé l'étoile électrofaible, ce type théorique serait capable de maintenir l'équilibre en raison des interactions complexes entre la force nucléaire faible et la force électromagnétique, collectivement appelée force électrofaible.

Dans une étoile électrofaible, la pression et l'énergie de la masse de l'étoile enfoncent le noyau de matière étrange de l'étoile de quark. À mesure que l’énergie s’intensifie, les forces électromagnétiques et nucléaires faibles se mélangent et il ne reste aucune distinction entre les deux. Avec ce niveau d'énergie, les quarks du noyau se dissolvent en leptons, tels que les électrons et les neutrinos. La plupart de la matière étrange se transformerait en neutrinos et l'énergie libérée fournirait suffisamment de force extérieure pour empêcher l'effondrement stellaire.

Les chercheurs sont intéressés par la recherche d'une étoile électrofaible, car les caractéristiques du noyau ne seraient pas différentes de l'univers primitif, un milliardième de seconde après le big bang. À ce stade de l'histoire de notre univers, il n'y avait pas de distinction entre force nucléaire faible et force électromagnétique. Il est difficile de formuler des théories sur cette époque. La recherche d’une étoile électrofaible donnerait un coup de fouet à la recherche cosmologique.

Une étoile électrofaible serait également l'un des objets les plus denses de l'univers. Le noyau d'une étoile électrofaible aurait la taille d'une pomme mais contiendrait la masse de deux terres, ce qui la rend plus dense que toute autre étoile observée précédemment.

8 Objet de Thorne-Zytkow

En 1977, Kip Thorne et Anna Zytkow ont publié un article détaillant un nouveau type d'étoile appelé objet Thorne-Zytkow (TZO). Un TZO est une étoile hybride formée par la collision entre un supergéant rouge et une petite étoile à neutrons dense. Puisqu'une supergéante rouge est une très grande étoile, il faudrait des centaines d'années à l'étoile à neutrons pour pénétrer dans son atmosphère. Alors qu'il continue de se faufiler dans l'étoile, le centre orbital (appelé le barycenter) des deux étoiles se déplacera vers le centre du supergéant. Finalement, les deux étoiles vont fusionner, causant une grande supernova et éventuellement un trou noir.

Lorsque observé, le TZO ressemblerait initialement à un supergéant rouge typique. Cependant, le TZO aurait une variété de propriétés inhabituelles pour une supergéante rouge. Non seulement sa composition chimique serait légèrement différente, mais l’étoile à neutrons fouisseur provoquerait des sursauts radio depuis l’intérieur. Trouver un TZO est extrêmement difficile en raison de la différence subtile avec celle d'un supergéant rouge normal. De plus, un TZO ne se formerait probablement pas dans notre quartier galactique, mais plutôt plus près du centre de la Voie Lactée, où les étoiles sont plus serrées.

Cela n’empêche pas les astronomes de chercher une étoile cannibale et, en 2014, il a été annoncé que le supergéant HV 2112 était un possible TZO.Les chercheurs ont découvert que le HV 2112 contient une quantité inhabituellement élevée d’éléments métalliques pour une supergéante rouge. La composition chimique du HV 2112 correspond à celle théorisée par Thorne et Zytkow dans les années 1970. Les astronomes le considèrent donc comme un candidat fort pour le premier TZO observé. Davantage de recherche est nécessaire, mais il est excitant de penser que l’humanité a peut-être trouvé sa première étoile cannibale.

7 étoile gelée

Une étoile standard fusionne le carburant hydrogène pour créer de l'hélium et se supporte sous la pression extérieure de ce processus. Cependant, l'hydrogène ne peut pas durer éternellement et, finalement, l'étoile doit brûler des éléments plus lourds. Malheureusement, l'énergie libérée par ces éléments plus lourds n'est pas aussi importante que l'hydrogène et l'étoile commence à refroidir. Lorsque l'étoile finit par devenir une supernova, elle ensemence l'univers d'éléments métalliques qui joueront un rôle dans la formation de nouvelles étoiles et planètes. À mesure que l'univers avance dans le temps, de plus en plus d'étoiles explosent. Les astrophysiciens ont montré qu’à mesure que l’univers vieillit, sa teneur globale en métaux augmentera.

Dans le passé, les étoiles ne contenaient presque pas de métal, mais à l'avenir, leur contenu en métal sera considérablement accru. À mesure que l'univers vieillira, de nouveaux types inhabituels d'étoiles métalliques se formeront, y compris l'hypothétique étoile gelée. Ce type d'étoile a été proposé dans les années 1990. Avec une abondance de métal dans l'univers, les étoiles en formation auraient besoin d'une température beaucoup plus basse pour devenir une étoile de la séquence principale. Les plus petites étoiles, avec 0,04 masse stellaire (environ la masse de Jupiter), pourraient devenir la séquence principale en maintenant la fusion nucléaire à seulement 0 degré Celsius (32 ° F). Ils seraient gelés et entourés de nuages ​​de glace gelée. Dans un avenir lointain, ces étoiles gelées remplaceront la plupart des étoiles ordinaires dans un univers froid et morne.

6 Objet s'effondrant éternellement magnétosphérique

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Il n’est pas surprenant qu’il existe de nombreux paradoxes et propriétés déroutants impliquant des trous noirs. Afin de traiter les problèmes inhérents aux mathématiques des trous noirs, les théoriciens ont proposé divers objets en forme d'étoile. En 2003, des scientifiques ont proposé que les trous noirs ne soient pas réellement des singularités, comme on le pense généralement, mais un type exotique d’étoile appelée objet qui s’effondrait éternellement par magnétosphère (MECO). Le modèle MECO tente de résoudre le problème théorique selon lequel un trou noir qui s’effondre semble se déplacer plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Un MECO se forme comme un trou noir normal. La matière surmonte la gravité et commence à s’effondrer sur elle-même. Cependant, dans un MECO, le rayonnement produit par la collision de particules subatomiques crée une pression extérieure similaire à celle provoquée par la fusion dans le noyau d'une étoile. Cela permet au MECO de rester relativement stable. Il ne forme jamais d'horizon d'événements et ne s'effondre jamais complètement. Les trous noirs s’effondrent finalement sur eux-mêmes et s’évaporent, mais un MECO mettrait un temps infini à s’effondrer. Ainsi, il entre dans un état d’effondrement éternel.

Les théories MECO résolvent de nombreux problèmes de trous noirs, y compris les informations. Parce qu'un MECO ne s'effondre jamais, il n'a pas les problèmes de destruction d'informations comme un trou noir. Les théories MECO, aussi passionnantes soient-elles, ont suscité beaucoup de scepticisme dans la communauté des physiciens. On pense généralement que les quasars sont des trous noirs entourés d'un disque d'accrétion lumineux. Les astronomes ont donc tenté de trouver un quasar possédant les qualités magnétiques précises d'un MECO. Aucun n'a été trouvé de manière concluante, mais les nouveaux télescopes à la recherche de trous noirs devraient éclairer davantage la théorie. Pour le moment, le MECO est une solution intéressante au problème des trous noirs mais n’est pas un candidat de premier plan.

5 étoiles de la population III

Nous avons déjà parlé des étoiles gelées existant au bout de l'univers, quand tout est devenu trop métallique pour que des étoiles chaudes se forment. Mais qu'en est-il des étoiles à l'autre bout du spectre? Ces étoiles, composées du gaz primordial laissé par le big bang, sont appelées étoiles Population III. Le schéma de population d'étoiles a été conçu par Walter Baade dans les années 1940 et décrit le contenu en métal d'une étoile. Plus la population est élevée, plus la teneur en métal est élevée. Pendant très longtemps, il n'y avait que deux populations d'étoiles (appelées logiquement Population I et Population II), mais les astrophysiciens modernes ont commencé des recherches sérieuses sur les étoiles qui ont dû exister juste après le big bang.

Ces étoiles ne contenaient aucun élément plus lourd. Ils étaient entièrement composés d’hydrogène et d’hélium, avec éventuellement des traces de lithium. Les étoiles de la population III étaient absurdement brillantes et gigantesques, plus grandes que la plupart des étoiles actuelles. Leur noyau non seulement fusionnerait les éléments normaux, mais serait également alimenté par des réactions d’annihilation de la matière noire. De plus, leur durée de vie a été extrêmement courte: environ deux millions d’années. Finalement, ces étoiles ont brûlé tout leur hydrogène et leur carburant à l'hélium, ont commencé à fondre leur carburant en éléments métalliques plus lourds et ont explosé, dispersant leurs éléments plus lourds dans tout l'univers. Aucun n'a survécu à l'univers primitif.

Si aucun ne survit, pourquoi nous en soucions-nous? Les astronomes sont très intéressés par les étoiles de la population III, car elles nous permettront de mieux comprendre ce qui s’est passé dans le Big Bang et la façon dont l’univers primitif a évolué. Dans cette tentative, la vitesse de la lumière est l'amie de l'astronome. Compte tenu de la valeur constante de la vitesse de la lumière, si les astronomes peuvent trouver des étoiles extrêmement éloignées, ils regardent dans le passé. Une équipe d’astronomes de l’Institut d’astrophysique et des sciences de l’espace essaie d’examiner les galaxies plus loin de la Terre que jamais auparavant.La lumière de ces galaxies ne serait apparue que quelques millions d'années après le big bang et pourrait contenir la lumière des étoiles de la population III. L'étude de ces étoiles permettra aux astronomes de remonter le temps. Au-delà, l’étude des étoiles de la population III nous indique également d’où nous venons. Ces premières étoiles sont celles qui ont semé dans l’univers les éléments vitaux nécessaires à l’existence humaine.

4 quasi-étoiles

À ne pas confondre avec un quasar (un objet qui ressemble à une étoile, mais qui ne l’est pas), la quasi-étoile est un type théorique d’étoile qui n’aurait pu exister que dans l’univers primitif. Comme le TZO mentionné ci-dessus, la quasi-étoile aurait été une étoile cannibale, mais au lieu d'avoir une autre étoile au milieu, elle avait un trou noir. Les quasi-étoiles se seraient formées à partir d'étoiles massives de la population III. Lorsque les étoiles normales s'effondrent, elles deviennent supernova et laissent un trou noir. Dans une quasi-étoile, la couche externe dense de matière nucléaire aurait absorbé l'énergie de l'effondrement du noyau et serait restée en place sans devenir une supernova. L'enveloppe extérieure de l'étoile resterait intacte, alors que l'intérieur formait un trou noir.

Comme une étoile moderne basée sur la fusion, la quasi-étoile atteindrait un équilibre, même si elle aurait été soutenue par plus que l’énergie de la fusion. L'énergie émise par le noyau du trou noir aurait fourni la pression extérieure pour résister à l'effondrement gravitationnel. Une quasi-étoile aurait été nourrie par la matière tombant dans le trou noir interne et libérant de l'énergie. En raison de la libération d'énergie massive, une quasi-étoile aurait été extrêmement brillante et environ 7 000 fois plus massive que le Soleil.

Finalement, une quasi-étoile perdrait sa coquille externe au bout d’un million d’années, ne laissant plus qu’un trou noir gigantesque. Les astrophysiciens ont émis l'hypothèse que les quasi-étoiles anciennes étaient à l'origine des trous noirs supermassifs situés au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre. La Voie Lactée aurait pu commencer comme l'une de ces anciennes étoiles exotiques et inhabituelles.

3 étoiles Preon

Les philosophes à travers les âges ont discuté de la plus petite division possible de la matière. Avec l'observation des protons, des neutrons et des électrons, les scientifiques ont pensé avoir trouvé la structure sous-jacente de l'univers. Cependant, alors que la science progressait, des particules de plus en plus petites ont été trouvées, qui ont réinventé notre conception de notre univers. Hypothétiquement, cela pourrait durer éternellement, mais certains théoriciens ont proposé le préon comme le plus petit morceau de la nature. Un préon est une particule ponctuelle, sans dimension spatiale. Les physiciens décrivent souvent les particules comme un électron comme une particule ponctuelle, mais ce n'est qu'un modèle pratique. Les électrons ont réellement une dimension. Théoriquement, un preon ne le fait pas. Ce serait la particule subatomique la plus élémentaire.

Bien que la recherche sur les préons ne soit pas à la mode, cela n’a pas empêché les scientifiques de discuter de ce à quoi ressemblerait une étoile faite de préons. Les stars de Preon seraient extrêmement petites, d’une taille allant d’un pois à un ballon de football. La masse de la Lune serait emballée dans cette zone minuscule. Les étoiles Preon seraient légères selon les normes astronomiques mais beaucoup plus denses que les étoiles à neutrons, l’objet observé le plus dense.

Ces petites étoiles seraient extrêmement difficiles à voir et ne seraient visibles qu'en observant les lentilles gravitationnelles et les rayons gamma. En raison de leur nature indétectable, certains théoriciens ont proposé des étoiles préon comme candidats à la matière noire. Cependant, les chercheurs des accélérateurs de particules se concentrent sur la recherche des particules du boson de Higgs au lieu de rechercher des préons. Il faudra donc attendre longtemps avant que l’existence du préon ne soit prouvée ou réfutée, et encore plus longtemps avant qu’une étoile en soit faite.

2 étoiles de Planck

L'une des questions les plus intéressantes sur les trous noirs est de savoir comment ils se plaisent à l'intérieur. D'innombrables films, livres et articles ont été publiés sur ce sujet, allant du fantastique au très scientifique. Il n'y a pas de consensus dans la communauté de la physique. Souvent, le centre d'un trou noir est décrit comme une singularité avec une densité infinie et aucune dimension spatiale, mais qu'est-ce que cela signifie réellement? Les théoriciens modernes tentent de dépasser cette description vague et de découvrir ce qui se passe dans un trou noir. Parmi toutes les théories, l'une des plus fascinantes est que le centre d'un trou noir contient en réalité une étoile appelée étoile de Planck.

La proposition de star de Planck a pour objectif de résoudre le paradoxe de l'information sur les trous noirs. Si un trou noir est considéré comme une simple singularité ponctuelle, il a malheureusement pour effet secondaire de détruire des informations lors de leur entrée dans le trou noir, en violation des lois sur la conservation. Cependant, le fait d'avoir une étoile au milieu d'un trou noir résout ce problème et aide à résoudre les problèmes à l'horizon des événements d'un trou noir.

Comme vous pouvez le deviner, une étoile de Planck est une étrange bête, bien qu’elle soit soutenue par la fusion nucléaire normale. Son nom vient du fait que l'étoile aurait une densité d'énergie proche de la densité de Planck. La densité d'énergie est une mesure de l'énergie contenue dans une région de l'espace et la densité de Planck est un nombre énorme: 5,15 x 10 kilogrammes par mètre cube. C'est beaucoup d'énergie. Théoriquement, c'est la quantité d'énergie contenue dans l'univers juste après le big bang. Malheureusement, nous ne serions jamais en mesure de voir une étoile de Planck si elle résidait dans un trou noir, mais cela pose une idée intéressante pour résoudre divers paradoxes astronomiques.

1 Fuzzball

Les physiciens adorent proposer des noms amusants pour des idées complexes. "Fuzzball" est le nom le plus mignon jamais donné à une région d'espace mortel qui pourrait vous assassiner instantanément. La théorie du Fuzzball vient de la tentative de décrire un trou noir en utilisant les idées de la théorie des cordes.En tant que tel, une boule de fuzz n’est pas une vraie étoile en ce sens qu’il ne s’agit pas d’un miasme de plasma incandescent supporté par la fusion thermonucléaire. C'est plutôt une région de chaînes d'énergie enchevêtrées soutenues par leur propre énergie interne.

Comme mentionné ci-dessus, l'un des problèmes majeurs des trous noirs est de déterminer ce qui les contient. Ce problème profond est un mystère à la fois théorique et théorique. Les théories classiques sur les trous noirs conduisent à diverses contradictions. Stephen Hawking a montré que les trous noirs s'évaporent, ce qui implique que toute information qu'ils contiennent est perdue à jamais. Les modèles du trou noir montrent que sa surface est un «pare-feu» à haute énergie qui évapore les particules entrantes. Plus important encore, les théories de la mécanique quantique ne fonctionnent pas lorsqu'elles sont appliquées à une singularité de trou noir.

Fuzzballs répond à ces préoccupations. Pour comprendre ce qu'est une boule de fuzz, imaginons que nous vivions dans un monde à deux dimensions, comme un morceau de papier. Si quelqu'un posait un cylindre sur le papier, nous le percevrions comme un cercle à deux dimensions, même si l'objet existe réellement en trois dimensions. Nous pouvons imaginer que des structures de dimension supérieure existent dans notre univers; en théorie des cordes, on les appelle branes. S'il existait une voie de dimension supérieure, nous ne la percevrions qu'avec nos sens et nos mathématiques à quatre dimensions. Les théoriciens des cordes ont proposé que ce que nous appelons un trou noir ne soit en réalité que notre perception de dimension inférieure d'une structure de corde de dimension supérieure se coupant avec notre espace-temps à quatre dimensions. Ainsi, un trou noir n'est pas vraiment une singularité; c'est simplement l'intersection de notre espace-temps avec des chaînes de dimension supérieure. Cette intersection est le fuzzball.

Cela peut sembler ésotérique et il fait encore l’objet d’un débat animé. Cependant, si les trous noirs sont réellement des boules de fuzz, cela résoudra de nombreux paradoxes. Il présente également des caractéristiques légèrement différentes de celles des trous noirs. Au lieu d'une singularité unidimensionnelle, le fuzzball a un volume défini. Mais bien qu'il ait un volume défini, il n'a pas d'horizon d'événements précis, rendant les contours «flous». Il permet également aux physiciens de décrire un trou noir en utilisant les principes de la mécanique quantique. De plus, "fuzzball" est un nom vraiment amusant à avoir dans notre langage scientifique.