Les étoiles ont fasciné les gens depuis des temps immémoriaux. Grâce à la science moderne, nous en savons beaucoup sur les étoiles, sur leurs différents types et structures. La connaissance de ce sujet est constamment mise à jour et affinée; les astrophysiciens spéculent sur un certain nombre d'étoiles théoriques qui pourraient exister dans notre univers. Outre les étoiles théoriques, il existe également des objets ressemblant à des étoiles, des structures astronomiques qui ressemblent et se comportent comme des étoiles, mais qui n'ont pas les caractéristiques standard que nous décrivons comme des étoiles. Les objets de cette liste sont au bord de la recherche en physique et n'ont pas été directement observés … encore.
Étoile Quark
À la fin de sa vie, une étoile peut s'effondrer en un trou noir, une naine blanche ou une étoile à neutrons. Si l'étoile est suffisamment dense avant de devenir supernova, les restes stellaires formeront une étoile à neutrons. Lorsque cela se produit, l'étoile devient extrêmement chaude et dense. Avec une telle matière et énergie, l'étoile tente de s'effondrer sur elle-même et de former une singularité, mais les particules fermioniques au centre (dans ce cas, les neutrons) obéissent au principe de Pauli. Selon lui, les neutrons ne peuvent pas être comprimés au même état quantique, ils sont donc repoussés de la matière qui s'effondre, atteignant l'équilibre.
Pendant des décennies, les astronomes ont supposé que l'étoile à neutrons resterait en équilibre. Mais au fur et à mesure du développement de la théorie quantique, les astrophysiciens ont proposé un nouveau type d'étoile qui pourrait apparaître si la pression dégénérative du noyau neutronique cessait. C'est ce qu'on appelle une étoile quark. Au fur et à mesure que la pression de la masse de l'étoile augmente, les neutrons se désintègrent en leurs constituants, des quarks ascendants et descendants, qui, sous haute pression et haute énergie, pourraient exister à l'état libre, au lieu de produire des hadrons comme les protons et les neutrons. Surnommée «matière étrange», cette soupe de quark serait incroyablement dense, plus dense qu'une étoile à neutrons ordinaire.
Les astrophysiciens débattent toujours de la manière dont ces étoiles auraient pu se former. Selon certaines théories, ils se produisent lorsque la masse de l'étoile qui s'effondre se situe entre la masse nécessaire pour former un trou noir ou une étoile à neutrons. D'autres suggèrent des mécanismes plus exotiques. La théorie principale est que les étoiles quark se forment lorsque des paquets denses de matière étrange préexistante enveloppés dans des particules à faible interaction (WIMP) entrent en collision avec une étoile à neutrons, ensemencant son noyau de matière étrange et initiant une transformation. Si cela se produit, l'étoile à neutrons maintiendra une "croûte" de matériau d'étoile à neutrons, continuant effectivement à ressembler à une étoile à neutrons, mais possédant en même temps un noyau de matériau étrange. Bien que nous n'ayons pas encore trouvé d'étoiles quark,la plupart des étoiles à neutrons observées pourraient bien l'être secrètement.
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Etoiles Electroweak
Alors qu'une étoile quark peut être la dernière étape de la vie d'une étoile avant qu'elle ne meure et ne devienne un trou noir, les physiciens ont récemment proposé une autre étoile théorique qui pourrait exister entre une étoile quark et un trou noir. Une étoile dite électrofaible pourrait maintenir l'équilibre grâce à une interaction complexe entre une force nucléaire faible et une force électromagnétique connue sous le nom de force électrofaible.
Dans une étoile électrofaible, la pression et l'énergie de la masse de l'étoile appuieraient sur l'étrange noyau de matière de l'étoile quark. Au fur et à mesure que l'énergie augmente, les forces électromagnétiques et nucléaires faibles se mélangeraient de sorte qu'il n'y aurait aucune différence entre les deux forces. À ce niveau d'énergie, les quarks du noyau se dissolvent en leptons, comme les électrons et les neutrinos. La majeure partie de la matière étrange se transformera en neutrinos et l'énergie libérée fournira suffisamment de force pour empêcher l'étoile de s'effondrer.
Les scientifiques sont intéressés à trouver une étoile électrofaible car les caractéristiques de son noyau seraient identiques à celles du jeune univers un milliardième de seconde après le Big Bang. À ce stade de l'histoire de notre univers, il n'y avait aucune distinction entre la force nucléaire faible et la force électromagnétique. Il s'est avéré assez difficile de formuler des théories sur cette époque, donc une découverte sous la forme d'une étoile électrofaible aiderait considérablement la recherche cosmologique.
Une étoile électrofaible doit également être l'un des objets les plus denses de l'univers. Le noyau d'une étoile électrofaible aurait la taille d'une pomme, mais environ deux terres en masse, ce qui rendrait une telle étoile, en théorie, plus dense que n'importe quelle étoile précédemment observée.
Objet Thorn - Zhitkova
En 1977, Kip Thorne et Anna Zhitkova ont publié un article détaillant un nouveau type d'étoile appelé Thorn-Zhitkova Object (OTZ). OTZ est une étoile hybride formée par la collision d'une supergéante rouge et d'une petite étoile à neutrons dense. Étant donné que la supergéante rouge est une étoile incroyablement grande, il faudra des centaines d'années à une étoile à neutrons pour simplement traverser l'atmosphère intérieure en premier. Pendant qu'il s'enfonce dans l'étoile, le centre orbital (barycentre) des deux étoiles se déplacera vers le centre de la supergéante. Finalement, les deux étoiles fusionneront pour former une grande supernova et finalement un trou noir.
Lorsqu'il est observé, OTZ ressemblerait initialement à une supergéante rouge typique. Néanmoins, OTZ aurait un certain nombre de propriétés inhabituelles pour une supergéante rouge. Non seulement sa composition chimique différera, mais une étoile à neutrons s'y enfouissant émettra des fusées radioélectriques de l'intérieur. Il est assez difficile de trouver OTL, car il ne diffère pas beaucoup de la supergéante rouge ordinaire. De plus, OTZ est plutôt formé non pas dans nos environs galactiques, mais plus près du centre de la Voie lactée, où les étoiles sont plus serrées.
Cependant, cela n'a pas empêché les astronomes de rechercher une étoile cannibale, et en 2014, il a été annoncé que le supergéant HV 2112 pourrait être un OTZ possible. Les scientifiques ont découvert que le HV 2112 contient une quantité inhabituellement élevée d'éléments métalliques pour les supergiants rouges. La composition chimique de HV 2112 correspond à ce que Thorne et Zhitkova suggéraient dans les années 1970, de sorte que les astronomes considèrent cette étoile comme un candidat puissant pour le premier OTG observé. Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais il serait cool de penser que l'humanité a découvert la première étoile cannibale.
Étoile gelée
Une étoile ordinaire brûle de l'hydrogène, créant de l'hélium et se soutenant avec la pression de l'intérieur, née dans le processus. Mais un jour, l'hydrogène s'épuise et finalement l'étoile doit brûler des éléments plus lourds. Malheureusement, l'énergie qui s'échappe de ces éléments lourds n'est pas autant que celle de l'hydrogène et l'étoile commence à se refroidir. Lorsqu'une étoile devient supernova, elle ensemence l'univers avec des éléments métalliques, qui participent alors à la formation de nouvelles étoiles et planètes. Au fur et à mesure que l'univers mûrit, de plus en plus d'étoiles explosent. Les astrophysiciens ont montré qu'avec le vieillissement de l'Univers, sa teneur totale en métal augmente également.
Dans le passé, il n'y avait pratiquement pas de métal dans les étoiles, mais à l'avenir, les étoiles auront une abondance de métaux considérablement accrue. À mesure que l'univers vieillit, de nouveaux types inhabituels d'étoiles métalliques se formeront, y compris des étoiles gelées hypothétiques. Ce type d'étoile a été proposé dans les années 1990. Avec l'abondance de métaux dans l'univers, les étoiles nouvellement formées auront besoin de températures plus basses pour devenir des étoiles de la séquence principale. Les plus petites étoiles d'une masse de 0,04 stellaire (de l'ordre de la masse de Jupiter) peuvent devenir des étoiles de la séquence principale, maintenant la fusion nucléaire à des températures de 0 degré Celsius. Ils seront gelés et entourés de nuages de glace gelée. Dans un avenir lointain et lointain, ces étoiles gelées déplaceront la plupart des étoiles ordinaires dans l'univers froid et sombre.
Objet qui s'effondre éternellement magnétosphériquement
Tout le monde est déjà habitué au fait que beaucoup de propriétés incompréhensibles et de paradoxes sont associés aux trous noirs. Afin de faire face d'une manière ou d'une autre aux problèmes inhérents aux mathématiques des trous noirs, les théoriciens ont émis l'hypothèse de toute une série d'objets en forme d'étoile. En 2003, les scientifiques ont déclaré que les trous noirs ne sont pas réellement des singularités, comme ils le pensaient autrefois, mais sont un type d'étoile exotique appelé «objet qui s'effondre à jamais magnétosphérique» (MECO). Le modèle MVCO est une tentative de résoudre un problème théorique: la question du trou noir qui s'effondre semble se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière.
MVCO se forme comme un trou noir ordinaire. La gravité dépasse la matière, et la matière commence à s'effondrer sur elle-même. Mais en MVCO, le rayonnement issu de la collision de particules crée une pression interne similaire à la pression générée lors du processus de fusion dans le cœur d'une étoile. Cela permet à MVCO de rester absolument stable. Il ne forme jamais un horizon d'événements et ne s'effondre jamais complètement. Les trous noirs finiront par s'effondrer sur eux-mêmes et s'évaporer, mais l'effondrement du MVCO prendra un temps infini. Ainsi, il est dans un état d'effondrement perpétuel.
Les théories MVCO résolvent de nombreux problèmes de trous noirs, y compris le problème d'information. Comme le MVCO ne s'effondre jamais, il n'y a pas de problème de destruction d'informations, comme dans le cas d'un trou noir. Cependant, aussi merveilleuses que soient les théories MVKO, la communauté des physiciens les accueille avec beaucoup de scepticisme. On pense que les quasars sont des trous noirs entourés d'un disque d'accrétion lumineux. Les astronomes espèrent trouver un quasar avec les propriétés magnétiques exactes du MVCO. Jusqu'à présent, aucun n'a été trouvé, mais peut-être que de nouveaux télescopes qui étudieront les trous noirs éclaireront cette théorie. En attendant, MVKO reste une solution intéressante aux problèmes des trous noirs, mais loin d'être un candidat de premier plan.
Étoiles de la population III
Nous avons déjà discuté des étoiles gelées qui apparaîtront vers la fin de l'univers, lorsque tout deviendra trop métallique pour que des étoiles chaudes se forment. Mais qu'en est-il des étoiles à l'autre bout du spectre? Ces étoiles, formées à partir des gaz primordiaux laissés par le Big Bang, sont appelées étoiles de la population III. Le diagramme de population stellaire a été introduit par Waltor Baade dans les années 1940 et décrivait la teneur en métal d'une étoile. Plus la population est âgée, plus la teneur en métal est élevée. Pendant longtemps, il n'y avait que deux populations d'étoiles (avec le nom logique population I et population II), mais les astrophysiciens modernes ont commencé une recherche sérieuse d'étoiles qui auraient dû exister immédiatement après le Big Bang.
Il n'y avait pas d'éléments lourds dans ces étoiles. Ils se composaient entièrement d'hydrogène et d'hélium, entrecoupés de lithium. Les étoiles de la population III étaient absurdement brillantes et énormes, plus grandes que de nombreuses étoiles modernes. Leurs chantiers synthétisaient non seulement des éléments communs, mais étaient alimentés par des réactions d'annihilation de matière noire. Ils ont également vécu très peu, seulement quelques millions d'années. En fin de compte, tout l'hydrogène et l'hélium de ces étoiles ont brûlé, ils ont utilisé des éléments de métaux lourds pour la fusion et ont explosé, dispersant des éléments lourds dans tout l'univers. Rien n'a survécu dans le jeune univers.
Mais si rien n'a survécu, pourquoi y penser? Les astronomes sont très intéressés par les étoiles de la population III car elles nous permettront de mieux comprendre ce qui s'est passé lors du Big Bang et comment le jeune univers s'est développé. Et la vitesse de la lumière aidera les astronomes dans ce domaine. Compte tenu de l'ampleur constante de la vitesse de la lumière, si les astronomes peuvent trouver une étoile incroyablement éloignée, ils regarderont essentiellement dans le temps. Un groupe d'astronomes de l'Institut d'astrophysique et des sciences spatiales tente de voir les galaxies les plus éloignées de la Terre que nous avons essayé de voir. La lumière de ces galaxies aurait dû apparaître plusieurs millions 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. De plus, l'étude des étoiles de Population III nous montrera également d'où nous venons. Ces étoiles ont été parmi les premières à ensemencer l'Univers avec des éléments qui donnent la vie et sont nécessaires à l'existence humaine.
Quasi star
À ne pas confondre avec un quasar (un objet qui ressemble à une étoile mais ne l'est pas), une quasi-étoile est un type d'étoile théorique qui ne pourrait exister que dans un jeune univers. Comme OTZ, dont nous avons parlé plus haut, la quasi-étoile était censée être une étoile cannibale, mais au lieu de cacher une autre étoile au centre, elle cache un trou noir. Les quasi étoiles auraient dû se former à partir d'étoiles massives de la population III. Lorsque les étoiles ordinaires s'effondrent, elles deviennent supernova et laissent un trou noir. Dans les quasi-étoiles, la couche externe dense de matière nucléaire aurait absorbé toute l'énergie s'échappant du noyau qui s'effondrait, serait restée en place et ne serait pas devenue une supernova. La coque externe de l'étoile resterait intacte, tandis que la coque interne formerait un trou noir.
Comme une étoile de fusion moderne, une quasi-étoile atteindrait l'équilibre, même si elle serait soutenue par plus qu'une simple énergie de fusion. L'énergie irradiée du noyau, un trou noir, fournirait une pression pour résister à l'effondrement gravitationnel. La quasi-étoile se nourrirait de matière tombant dans le trou noir intérieur et libérerait de l'énergie. En raison de cette puissante énergie émise, la quasi-étoile serait incroyablement brillante et 7000 fois plus massive que le Soleil.
Finalement, cependant, la quasi-étoile aurait perdu sa coquille extérieure après environ un million d'années, ne laissant qu'un trou noir massif. Les astrophysiciens ont suggéré que les anciennes quasi étoiles étaient la source de trous noirs supermassifs au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre. La Voie lactée a peut-être commencé avec l'une de ces étoiles anciennes exotiques et inhabituelles.
Étoile Preon
Les philosophes se sont disputés pendant des siècles sur la plus petite division possible de la matière. En observant des protons, des neutrons et des électrons, les scientifiques pensaient avoir trouvé la structure de base de l'univers. Mais à mesure que la science avançait, les particules étaient de moins en moins découvertes et notre concept de l'univers devait être révisé. En théorie, la division pourrait durer indéfiniment, mais certains théoriciens considèrent les préons comme les plus petites particules de la nature. Preon est une particule ponctuelle sans expansion spatiale. Les physiciens décrivent souvent les électrons comme des particules ponctuelles, mais c'est le modèle traditionnel. Les électrons ont en fait une expansion. En théorie, Preon n'en a pas. Ce peuvent être les particules subatomiques les plus élémentaires.
Bien que la recherche sur les préons soit actuellement démodée, cela n'empêche pas les scientifiques de discuter de ce à quoi pourraient ressembler les étoiles préon. Les étoiles préon seraient extrêmement petites, la taille entre un pois et un ballon de football. La masse emballée dans ce petit volume serait égale à la masse de la Lune. Les étoiles Preon seraient légères selon les normes astronomiques, mais beaucoup plus denses que les étoiles à neutrons, les objets les plus denses observés.
Ces minuscules étoiles seraient très difficiles à voir, grâce à la lentille gravitationnelle et aux rayons gamma. En raison de leur nature discrète, certains théoriciens considèrent les étoiles préon proposées comme des candidats à la matière noire. Et pourtant, les scientifiques des accélérateurs de particules s'intéressent principalement au boson de Higgs, plutôt qu'à la recherche de préons, de sorte que leur existence sera confirmée ou non très bientôt.
Étoile de Planck
L'une des plus grandes questions sur les trous noirs est: comment sont-ils de l'intérieur? D'innombrables livres, films et articles ont été publiés sur ce sujet, allant de la spéculation fantastique à la science la plus dure et la plus exacte. Et il n'y a pas encore de consensus. Souvent, le centre d'un trou noir est décrit comme une singularité avec une densité infinie et sans dimensions spatiales, mais qu'est-ce que cela signifie vraiment? Les théoriciens modernes tentent de contourner cette vague description et de découvrir ce qui se passe réellement dans un trou noir. De toutes les théories, l'une des plus intéressantes est l'hypothèse qu'il y a une étoile au centre du trou noir appelée étoile de Planck.
L'étoile de Planck proposée a été conçue à l'origine pour résoudre le paradoxe de l'information du trou noir. Si l'on considère un trou noir comme un point de singularité, il a un effet secondaire désagréable: les informations seront détruites, pénétrant dans le trou noir, violant les lois de conservation. Cependant, s'il y a une étoile au centre du trou noir, cela résoudra le problème et aidera également aux questions de l'horizon des événements du trou noir.
Comme vous l'avez deviné, l'étoile de Planck est une chose étrange, qui, cependant, est soutenue par la fusion nucléaire conventionnelle. Son nom vient du fait qu'une telle étoile aura une densité d'énergie proche de celle 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 ^ 96 kilogrammes par mètre cube. C'est beaucoup d'énergie. Théoriquement, autant d'énergie pourrait se trouver dans l'Univers juste après le Big Bang. Malheureusement, nous ne verrons jamais d'étoile de Planck si elle est située à l'intérieur d'un trou noir, mais cette hypothèse nous permet de résoudre un certain nombre de paradoxes astronomiques.
Boule moelleuse
Les physiciens adorent trouver des noms amusants pour des idées complexes. Fluffy Ball est le nom le plus mignon auquel vous pourriez penser pour une région mortelle de l'espace qui pourrait vous tuer instantanément. La théorie de la boule duveteuse découle d'une tentative de décrire un trou noir en utilisant des idées de théorie des cordes. Essentiellement, la boule pelucheuse n'est pas une vraie étoile dans le sens où ce n'est pas un miasme de plasma ardent alimenté par la fusion. C'est plutôt une région de chaînes d'énergie enchevêtrées soutenues par leur propre énergie intérieure.
Comme mentionné ci-dessus, le principal problème avec les trous noirs était de savoir ce qu'il y avait à l'intérieur. Ce problème profond est à la fois une énigme expérimentale et théorique. Les théories des trous noirs standard conduisent à un certain nombre de contradictions. Stephen Hawking a montré que les trous noirs s'évaporent, ce qui signifie que toute information qu'ils contiennent sera perdue à jamais. Les modèles de trous noirs montrent que leur surface est un «pare-feu» à haute énergie qui vaporise les particules entrantes. Plus important encore, les théories de la mécanique quantique ne fonctionnent pas lorsqu'elles sont appliquées à la singularité d'un trou noir.
Une balle moelleuse résout ces problèmes. Pour comprendre ce qu'est une boule duveteuse, imaginez que nous vivons dans un monde à deux dimensions, comme sur un morceau de papier. Si quelqu'un place un cylindre sur du papier, nous le percevrons comme un cercle à deux dimensions, même si cet objet existe réellement en trois dimensions. Nous pouvons imaginer que des structures arrogantes existent dans notre univers; en théorie des cordes, ils sont appelés branes. Si des branes multidimensionnelles existaient, nous ne les percevrions qu'avec nos sens 4D et nos mathématiques. Les théoriciens des cordes ont suggéré que ce que nous appelons un trou noir est en fait notre perception en basse dimension d'une structure de cordes multidimensionnelle traversant notre espace-temps à quatre dimensions. Alors le trou noir ne sera pas une singularité; ce ne sera que l'intersection de notre espace-temps avec des chaînes multidimensionnelles. Cette intersection est la boule duveteuse.
Tout cela semble ésotérique et soulève de nombreuses questions. Cependant, si les trous noirs sont en fait des enchevêtrements duveteux, ils résoudront beaucoup de paradoxes. Ils auront également des caractéristiques légèrement différentes des trous noirs. Au lieu d'une singularité unidimensionnelle, une boule duveteuse a un certain volume. Mais, malgré un certain volume, il n'a pas d'horizon d'événement exact, ses frontières sont "duveteuses". Il permet également aux physiciens de décrire un trou noir en utilisant les principes de la mécanique quantique. Quoi qu'il en soit, une balle pelucheuse est un nom amusant qui dilue notre langage scientifique strict.
Basé sur des matériaux de listverse.com
Ilya Khel