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 por la presión de degeneración u otras propiedades cuánticas.

Los tipos de estrellas exóticas incluyen:

• estrellas de quarks (compuestas de quarks )
• estrellas extrañas (compuestas de materia de quarks extraños , un condensado de quarks arriba , abajo y extraños )
• estrellas de preones (material especulativo compuesto de preones , que son partículas hipotéticas y "bloques de construcción" de quarks y leptones, en caso de que los quarks sean descomponibles en subpartículas componentes).

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

Una estrella de quarks es un objeto hipotético que resulta de la descomposición de neutrones en sus quarks constituyentes bajo una presión gravitacional extremadamente intensa, equilibrada por la repulsión eléctrica y la presión de degeneración . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Dicha estrella sería más pequeña y densa que una estrella de neutrones , y podría sobrevivir en este nuevo estado indefinidamente, si no se le añade masa adicional. Las estrellas de quarks que contienen materia extraña se denominan estrellas extrañas . ^{[ 3 ]} Dicha estrella, propuesta por primera vez por Edward Witten , consistiría en quarks confinados, esencialmente un nucleón gigante . ^{[ 4 ]}

Según las observaciones publicadas por el Observatorio de Rayos X Chandra el 10  de abril de 2002, se propusieron dos objetos, denominados RX  J1856.5−3754 y 3C 58 , como posibles 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, quienes afirmaron que los resultados no eran concluyentes. Tras un análisis más exhaustivo, RX J1856.5−3754 fue excluido de la lista de candidatos a estrellas de quarks. ^{[ 5 ]} 

Una estrella electrodébil es un tipo hipotético de estrella exótica en la que el colapso gravitacional de la estrella se evita mediante la presión de radiación resultante de la combustión electrodébil ; es decir, la energía liberada por la conversión de quarks en leptones por la fuerza electrodébil . Este proceso propuesto podría ocurrir en un volumen en el núcleo de la estrella aproximadamente del tamaño de una manzana , conteniendo alrededor de dos masas terrestres y alcanzando temperaturas del orden de 10¹⁵ K (1 ^PK ). ^{[ 6 ] [ 7 ]} Las estrellas electrodébiles podrían identificarse a través del número igual de neutrinos emitidos por las tres generaciones, teniendo en cuenta la oscilación de neutrinos . ^{[ 6 ]}  

Una estrella de preones es un tipo propuesto de estrella compacta compuesta de preones , un grupo de partículas subatómicas hipotéticas . Se esperaría que las estrellas de preones tuvieran densidades enormes , superiores a 10²³  kg/m³ ^. Podrían tener densidades mayores que las estrellas de quarks, y serían más pesadas pero más pequeñas que las enanas blancas y las estrellas de neutrones. ^{[ 8 ]}

Una estrella bosónica es un objeto astronómico hipotético formado a partir de 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 menores 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 autorrepulsiva; una posible partícula candidata ^{[ 9 ]} 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 ^{[ 10 ]} que, a diferencia de las estrellas normales (que emiten radiación debido a la presión gravitacional y la fusión nuclear), las estrellas bosónicas serían transparentes e invisibles. La inmensa gravedad de una estrella bosónica compacta curvaría la luz alrededor del objeto, creando una región vacía que se asemeja 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 su entorno, pero debido a su transparencia, la materia (que probablemente se calentaría y emitiría radiación) sería visible en su centro. También son posibles los modelos de estrellas de bosones en rotación. A diferencia de los agujeros negros, estas tienen momento angular cuantizado y sus perfiles de densidad de energía tienen forma de toroide , lo que puede entenderse como resultado de la deformación debida a las fuerzas centrífugas . ^{[ 11 ]}

No hay evidencia significativa de que tales estrellas existan. Sin embargo, podría ser posible detectarlas mediante la radiación gravitacional emitida por un par de estrellas bosónicas en órbita conjunta. ^{[ 12 ] [ 13 ]} GW190521 , considerada la fusión de agujeros negros más energética jamás registrada, podría ser la colisión frontal de dos estrellas bosónicas. ^{[ 14 ]} Además, las señales de ondas gravitacionales de fusiones de estrellas bosónicas binarias compactas pueden ser degeneradas con las de fusiones de agujeros negros, lo que sugiere que algunas observaciones de ondas gravitacionales interpretadas como originadas en un sistema binario de agujeros negros podrían en realidad originarse en un sistema binario de estrellas bosónicas. ^{[ 15 ]} El compañero invisible de una estrella similar al Sol identificado por la misión Gaia podría ser un agujero negro, una estrella bosónica o una estrella exótica de otros tipos. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Las estrellas de bosones podrían haberse formado mediante colapso gravitacional durante las etapas primordiales del Big Bang. ^{[ 18 ]} Al menos en teoría, una estrella de bosones supermasiva podría existir en el núcleo de una galaxia, produciendo efectos similares a los de un agujero negro supermasivo. ^{[ 19 ]} Sin embargo, se cree que simulaciones magnetohidrodinámicas relativistas generales más recientes , combinadas con imágenes obtenidas por el Telescopio del Horizonte de Sucesos , han descartado en gran medida la posibilidad de que Sagitario A* , el objeto supermasivo en el centro de la Vía Láctea , sea una estrella de bosones. ^{[ 20 ]}

También se han propuesto estados ligados en campos bosónicos cosmológicos como una alternativa a la materia oscura . ^{[ 21 ]} Los halos de materia oscura que rodean a la mayoría de las galaxias podrían considerarse como enormes "estrellas de bosones". ^{[ 22 ]}

Las estrellas de bosones compactas y las capas de bosones se modelan a menudo utilizando campos bosónicos masivos, como campos escalares complejos y campos de gauge U(1) , acoplados a la gravedad. La presencia de una constante cosmológica positiva o negativa en la teoría facilita el estudio de estos objetos en los espacios de De Sitter y anti-De Sitter . ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

Al modificar el potencial asociado al modelo de materia, se pueden obtener diferentes familias de modelos de estrellas de bosones. El llamado potencial solitónico , que introduce un estado de vacío degenerado para un valor finito de la amplitud del campo, puede utilizarse para construir modelos de estrellas de bosones tan compactos que poseen un par de órbitas de fotones , una de las cuales es estable. ^{[ 28 ]} Debido a que atrapan la luz, estas estrellas de bosones podrían imitar gran parte de la fenomenología observacional de los agujeros negros.

Las estrellas de bosones compuestas de partículas elementales con espín 1 han sido denominadas estrellas Proca . ^{[ 29 ]}

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 en colapso alcanza la densidad de energía de Planck . Bajo 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 del espacio-tiempo mismo. ^{[ 30 ]}

Las estrellas Q son objetos hipotéticos que se originan a partir de supernovas o del Big Bang. Se postula que son lo suficientemente masivas como para curvar el espacio-tiempo de tal manera 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 que las estrellas de quarks. ^{[ 31 ]}

En la mecánica newtoniana , los objetos lo suficientemente densos como para atrapar cualquier luz emitida se denominan estrellas oscuras , ^{[ 32 ]} a diferencia de los agujeros negros en la relatividad general . Sin embargo, el mismo nombre se utiliza para hipotéticas "estrellas" antiguas que derivaban energía de la materia oscura . ^{[ 33 ]} Los efectos cuánticos pueden impedir la formación de agujeros negros verdaderos y dar lugar, en su lugar, a entidades densas llamadas estrellas negras . ^{[ 34 ]}

• Cuasiestrella
• nova de quarks
• Presión degenerativa

• Miller, JC; Shahbaz, T.; Nolan, LA (1997). "¿Son las estrellas Q una seria amenaza para los candidatos a agujeros negros de masa estelar?". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 294 (2): L25– L29. arXiv : astro-ph/9708065 . doi : 10.1111/j.1365-8711.1998.01384.x . S2CID 715726 . 
• Abramowicz, Marek A.; Kluzniak, Wlodek; Lasota, Jean-Pierre (2002). "No hay prueba observacional del horizonte de eventos de agujeros negros". Astronomía y Astrofísica . 396 (3): L31– L34. arXiv : astro-ph/0207270 . Bibcode : 2002A & A...396L..31A . doi : 10.1051/0004-6361:20021645 . S2CID 9771972 . 
• "¿Podrían las estrellas de preones revelar una realidad oculta?" . New Scientist . N.°  2643. 6 de febrero de 2008.
• "Las microestrellas podrían evitar el destino de los agujeros negros" . New Scientist . N.°  2472. 6 de noviembre de 2008.
• Dai, De-Chang; Lue, Arthur; Starkman, Glenn; Stojkovic, Dejan (2010). "Estrellas electrodébiles: Cómo la naturaleza puede capitalizar el combustible último del modelo estándar". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . 2010 (12): 004. arXiv : 0912.0520 . Bibcode : 2010JCAP...12..004D . doi : 10.1088/1475-7516/2010/12/004 . S2CID 118417017 . 
• "Los teóricos proponen una nueva forma de brillar y un nuevo tipo de estrella: 'Electroweak'"ScienceDaily . 15 de diciembre de 2009. Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
• "Una nueva forma de brillar, un nuevo tipo de estrella" . SpaceDaily . 16 de diciembre de 2009. Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
• «Los teóricos proponen una nueva forma de brillar y un nuevo tipo de estrella» . Revista de Astronomía . 15 de diciembre de 2009. Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
• "Los astrónomos predicen una nueva clase de estrella 'electrofuga'" . Technology Review . 10 de diciembre de 2009. Archivado del original el 19 de octubre de 2012. Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
• Vieru, Tudor (15 de diciembre de 2009). "Nuevo tipo de objetos cósmicos: estrellas electrodébiles" . Softpedia . Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
• Dai, De-Chang; Lue, Arthur; Starkman, Glenn; Stojkovic, Dejan (2010). "Estrellas electrodébiles: Cómo la naturaleza puede capitalizar el combustible último del modelo estándar". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . 2010 (12): 004. arXiv : 0912.0520 . Bibcode : 2010JCAP...12..004D . doi : 10.1088/1475-7516/2010/12/004 . S2CID 118417017 .