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Estrella exótica

Una estrella exótica es una estrella compacta hipotética compuesta de materia exótica (algo que no está hecho de electrones , protones , neutrones o muones ) y equilibrada contra el colapso gravitacional mediante presión de degeneración u otras propiedades cuánticas.

Los tipos de estrellas exóticas incluyen

De los diversos tipos de estrellas exóticas propuestos, la más evidenciada y comprendida es la estrella de quarks , aunque su existencia no está confirmada.

En la mecánica newtoniana , los objetos lo suficientemente densos como para atrapar cualquier luz emitida se denominan estrellas oscuras , [1] [2] [a] , a diferencia de los agujeros negros en la relatividad general . Sin embargo, el mismo nombre se utiliza para las hipotéticas "estrellas" antiguas que derivaban energía de la materia oscura .

Las estrellas exóticas son hipotéticas, en parte porque es difícil comprobar en detalle cómo pueden comportarse esas formas de materia y en parte porque antes de la incipiente tecnología de la astronomía de ondas gravitacionales no existían medios satisfactorios para detectar objetos astrofísicos compactos que no emitieran radiación electromagnética ni a través de partículas conocidas. Si bien en ocasiones se identifican objetos candidatos basándose en pruebas indirectas, aún no es posible distinguir sus firmas observacionales de las de los objetos conocidos.

Estrellas de quarks y estrellas extrañas

Una estrella de quarks es un objeto hipotético que resulta de la descomposición de neutrones en sus quarks up y down constituyentes bajo presión gravitatoria. Se espera que sea más pequeña y más densa que una estrella de neutrones , y puede sobrevivir en este nuevo estado indefinidamente, si no se le agrega masa adicional. Efectivamente, es un hadrón único y muy grande . Las estrellas de quarks que contienen materia extraña se denominan estrellas extrañas .

Basándose en las observaciones publicadas por el Observatorio de Rayos X Chandra el 10 de abril de 2002, se sugirieron dos objetos, denominados RX J1856.5−3754 y 3C 58 , como candidatos a estrellas de quarks. El primero parecía ser mucho más pequeño y el segundo mucho más frío de lo esperado para una estrella de neutrones, lo que sugería que estaban compuestos de material más denso que el neutronio . Sin embargo, estas observaciones fueron recibidas con escepticismo por los investigadores, que dijeron que los resultados no eran concluyentes. [ ¿Quién? ] Después de un análisis más profundo, RX J1856.5−3754 fue excluido de la lista de candidatos a estrellas de quarks. [3]

Estrellas electrodébiles

Una estrella electrodébil es un tipo hipotético de estrella exótica en la que el colapso gravitacional de la estrella se evita por la presión de radiación resultante de la combustión electrodébil ; es decir, la energía liberada por la conversión de quarks en leptones a través de la fuerza electrodébil . [4] Este proceso propuesto podría ocurrir en un volumen en el núcleo de la estrella aproximadamente del tamaño de una manzana y que contenga alrededor de dos masas terrestres. [5]

Se cree que la etapa de la vida de una estrella que produce una estrella electrodébil ocurre después del colapso de una supernova . Se predice que las estrellas electrodébiles son más densas que las estrellas de quarks y pueden formarse cuando la atracción gravitatoria ya no puede ser soportada por la presión de degeneración de quarks , pero aún puede ser soportada por la presión de radiación de combustión electrodébil. [6] Esta fase de la vida de una estrella puede durar más de 10 millones de años. [5] [6] [7] [8]

Estrellas preon

Una estrella preónica es un tipo propuesto de estrella compacta formada por preones , un grupo de partículas subatómicas hipotéticas . Se esperaría que las estrellas preónicas tuvieran densidades enormes , superiores a 1023  kg/m 3 . Pueden tener mayores densidades que las estrellas de quarks, y serían más pesadas pero más pequeñas que las enanas blancas y las estrellas de neutrones. [9] Las estrellas de preones podrían originarse a partir de explosiones de supernovas o del Big Bang . Tales objetos podrían detectarse en principio a través de lentes gravitacionales de rayos gamma . Las estrellas de preones son un candidato potencial para la materia oscura . Sin embargo, las observaciones actuales [10] desde aceleradores de partículas hablan en contra de la existencia de preones, o al menos no priorizan su investigación, ya que el único detector de partículas actualmente capaz de explorar energías muy altas (el Gran Colisionador de Hadrones ) no está diseñado específicamente para esto y su programa de investigación está dirigido hacia otras áreas, como el estudio del bosón de Higgs , el plasma de quarks y gluones y evidencias relacionadas con la física más allá del Modelo Estándar . [ aclaración necesaria ]

Estrellas de bosones

Una estrella de bosones es un objeto astronómico hipotético formado por partículas llamadas bosones ( las estrellas convencionales se forman principalmente a partir de protones y electrones, que son fermiones , pero también contienen una gran proporción de núcleos de helio-4 , que son bosones , y cantidades más pequeñas de varios núcleos más pesados, que pueden ser cualquiera de los dos). Para que exista este tipo de estrella, debe haber un tipo estable de bosón con interacción autorepulsiva; una posible partícula candidata [11] es el todavía hipotético "axión" (que también es un candidato para las partículas de "materia oscura no bariónica" aún no detectadas , que parecen componer aproximadamente el 25% de la masa del Universo). Se teoriza [12] que a diferencia de las estrellas normales (que emiten radiación debido a la presión gravitacional y la fusión nuclear), las estrellas de bosones serían transparentes e invisibles. La inmensa gravedad de una estrella de bosones compacta doblaría la luz alrededor del objeto, creando una región vacía parecida a la sombra del horizonte de sucesos de un agujero negro . Al igual que un agujero negro, una estrella de bosones absorbería materia ordinaria de sus alrededores, pero debido a la transparencia, la materia (que probablemente se calentaría y emitiría radiación) sería visible en su centro. Las simulaciones sugieren que las estrellas de bosones en rotación tendrían forma de toro , o "rosquilla", ya que las fuerzas centrífugas le darían esa forma a la materia bosónica.

Hasta el año 2024 , no hay evidencia significativa de que existan tales estrellas. Sin embargo, puede ser posible detectarlas por la radiación gravitacional emitida por un par de estrellas de bosones que orbitan juntas [13] [14] y GW190521 , que se cree que es la fusión de agujeros negros más energética , puede ser la colisión frontal de dos estrellas de bosones. [15]

Las estrellas de bosones podrían haberse formado a través del colapso gravitacional durante las etapas primordiales del Big Bang. [16] Al menos en teoría, una estrella de bosones supermasiva podría existir en el núcleo de una galaxia, lo que puede explicar muchas de las propiedades observadas en los núcleos galácticos activos . [17]

Las estrellas de bosones también se han propuesto como objetos candidatos de materia oscura , [18] y se ha planteado la hipótesis de que los halos de materia oscura que rodean a la mayoría de las galaxias podrían considerarse enormes "estrellas de bosones". [19]

Las estrellas de bosones compactas y las capas de bosones se estudian a menudo en relación con campos como los campos escalares complejos masivos (o sin masa), el campo de calibración U(1) y la gravedad con potencial cónico. La presencia de una constante cosmológica positiva o negativa en la teoría facilita el estudio de estos objetos en espacios de Sitter y anti-de Sitter . [20] [21] [22] [23] [24]

Las estrellas de bosones compuestas de partículas elementales con espín 1 han sido etiquetadas como estrellas Proca . [25]

Braaten, Mohapatra y Zhang (2016) han teorizado que puede existir un nuevo tipo de estrella axónica densa en la que la gravedad está equilibrada por la presión del campo medio del condensado de Bose-Einstein axional . [26] La posibilidad de que existan estrellas axiónicas densas ha sido cuestionada por otros trabajos que no respaldan esta afirmación. [27]

Estrellas de Planck

En la gravedad cuántica de bucles , una estrella de Planck es un objeto astronómico hipotéticamente posible que se crea cuando la densidad de energía de una estrella que colapsa alcanza la densidad de energía de Planck . En estas condiciones, suponiendo que la gravedad y el espacio-tiempo están cuantizados , surge una "fuerza" repulsiva derivada del principio de incertidumbre de Heisenberg . En otras palabras, si la gravedad y el espacio-tiempo están cuantizados, la acumulación de masa-energía dentro de la estrella de Planck no puede colapsar más allá de este límite para formar una singularidad gravitacional porque violaría el principio de incertidumbre para el espacio-tiempo mismo. [28]

Estrellas Q

Las estrellas Q son objetos hipotéticos que se originaron a partir de supernovas o del Big Bang. Se cree que son lo suficientemente masivas como para curvar el espacio-tiempo hasta tal punto que parte de la luz, pero no toda, podría escapar de su superficie. Se predice que son más densas que las estrellas de neutrones o incluso las estrellas de quarks. [29]

Véase también

Notas al pie

  1. ^ Los efectos cuánticos pueden impedir la formación de verdaderos agujeros negros y dar lugar en su lugar a entidades densas llamadas estrellas negras . [2]

Referencias

  1. ^ Visser, Matt; Barcelo, Carlos; Liberati, Stefano; Sonego, Sebastiano (febrero de 2009). "Pequeño, oscuro y pesado: ¿pero es un agujero negro?". arXiv : 0902.0346v2 [gr-qc]. Visser, Matt; Barcelo, Carlos; Liberati, Stefano; Sonego, Sebastiano (2009). "Pequeño, oscuro y pesado: ¿pero es un agujero negro?". arXiv : 0902.0346v2 [gr-qc].
  2. ^ ab Visser, Matt; Barcelo, Carlos; Liberati, Stefano; Sonego, Sebastiano (30 de septiembre de 2009). «Cómo los efectos cuánticos podrían crear estrellas negras, no agujeros». Scientific American . N.º de octubre de 2009. Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2013. Consultado el 25 de diciembre de 2022. Publicado originalmente con el título «Estrellas negras, no agujeros» .
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  6. ^ ab "Los teóricos proponen una nueva forma de brillar y un nuevo tipo de estrella: 'Electroweak'" (Nota de prensa). Case Western Reserve University . 15 de diciembre de 2009. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2020 . Consultado el 16 de diciembre de 2009 – vía ScienceDaily .
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Fuentes

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