Come apparirebbe una stella di neutroni?

Avendo visto molte immagini prodotte da artisti di stelle di neutroni e pianeti che orbitano attorno ad alcuni di essi, mi chiedevo come sarebbe una pulsar ad un essere umano, alla luce visibile (supponendo che le radiazioni intense ecc. Non ci uccidano nel processo) .

A quanto ho capito, il raggio della pulsar è proiettato dai poli magnetici della stella anziché dai poli di rotazione, che non sono necessariamente in linea tra loro. Dato che le pulsar ruotano estremamente rapidamente e il raggio potrebbe essere visibile su grandi distanze - come se stesse brillando attraverso la nebulosa della pulsar - apparirebbe come una linea retta, una linea curva o forse un cono? Ciò presuppone che il raggio possa essere visto alla luce visibile.

Data l'incredibile densità delle stelle di neutroni e le loro piccole dimensioni fisiche, il cielo notturno sarebbe visibilmente distorto al punto in cui (per esempio) appena dopo il tramonto su un ipotetico pianeta, si potrebbero osservare altri pianeti vicino o dietro la stella che altrimenti essere bloccato da esso?

Date le loro piccole superfici, una stella di neutroni apparirebbe ancora luminosa come il Sole, a una distanza simile? Quanto dovresti avvicinarti a una stella di neutroni per la sua apparente magnitudine per abbinare quella del Sole dalla Terra?

La tua domanda è troppo generica, devi arrivare ad esempi specifici.

Primo, pochissime stelle di neutroni sono pulsar. Le pulsar sono o una breve fase durante lo spin-down di una pulsar all'inizio della vita di una stella di neutroni, oppure sono il prodotto dello spin- up di una stella di neutroni in un sistema binario. La maggior parte delle stelle di neutroni non rientrano in nessuna di queste categorie.

Una stella di neutroni standard apparirà come qualsiasi altra stella a una temperatura simile. La maggior parte di loro sarà davvero molto calda - 100.000 K o più, anche se le storie di raffreddamento delle stelle di neutroni sono ancora incerte e dipendono da una fisica esotica. Un tale oggetto è "bianco caldo" - emette radiazioni del corpo nero a tutte le frequenze visibili all'occhio (così come molto di più alle lunghezze d'onda UV).

Quanto dovresti avvicinarti perché la sua apparente luminosità / magnitudine corrispondesse al Sole? Bene, dipende dalle dimensioni e dalla temperatura della stella di neutroni. Si pensa che la maggior parte abbia un diametro di 20 km. Il modo in cui faresti il ​​calcolo è equiparare il flusso radiativo del corpo nero per unità di area a una data distanza dalla costante di radiazione solare di circa 1300 W per metro quadrato. Tuttavia, ci sono due rughe per una stella di neutroni: in primo luogo, la radiazione è spostata verso il rosso gravitazionalmente, quindi la temperatura che misuriamo è inferiore alla temperatura in superficie. In secondo luogo, la relatività generale ci dice che possiamo vedere più di un semplice emisfero della stella di neutroni - cioè possiamo vedere dietro la schiena - e ciò aumenta il flusso che osserviamo. Questi sono all'incirca un fattore di due effetti, quindi solo per ottenere una stima dell'ordine di grandezza, K.$T=10^{5}$

Usando la legge di Stefan per un corpo nero, quindi a distanza , abbiamo quel 4 π r $d$ doveσè la costante di Stefan-Boltzmann.

Per km, quindi d = 7 × 10 8 m, che coincide casualmente con un raggio solare. Naturalmente questa distanza dipende dal quadrato della temperatura, quindi un NS più giovane con T = 10 6 K, quindi d ∼ 1 au.$r=10$$d=7 \times 10^{8}$$T=10^6$$d \sim 1$

Queste sono le distanze in cui il flusso totale a tutte le lunghezze d'onda sarebbe simile a quello del Sole. Per eseguire il calcolo solo per l'intervallo visibile, dobbiamo tenere conto della correzione bolometrica, che converte una grandezza visiva in una grandezza bolometrica. La correzione bolometrica per il Sole è , mentre la correzione bolometrica per una stella molto calda potrebbe essere -5 mag. Ciò significa che nella banda visibile emerge solo l'1% della quantità di flusso proveniente dalla stella di neutroni calda rispetto alla luce solare. Ciò significa che le distanze calcolate sopra, se richiediamo che la luminosità visiva della stella di neutroni sia simile al Sole, devono essere ridotte di un fattore 10.$\sim 0$

Per passare a pulsar. Si noti che la radiazione pulsata non ha un componente ottico e radiazione ottica ad impulsi è stata visualizzata da un certo numero di pulsar. L'emissione di sincrotrone ottico sembrerebbe solo un periodico, intenso schiarimento della pulsar, mentre il raggio attraversa la linea di vista. Se non fossi nella linea di vista, allora non vedresti l'emissione ottica pulsata. Se potessi osservare il raggio che passa attraverso la nebulosità o qualche altro mezzo attorno alla pulsar, allora sì, potrebbero esserci degli effetti che potresti vedere in termini di ionizzazione o luce diffusa proveniente dal percorso del raggio.

$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$

L'affermazione che una Pulsar sembrerà un corpo nero con una temperatura elevata non è supportata dalle prove. Le misurazioni ottiche del Crab Pulsar mostrano uno spettro piatto, vedi questo . Questo è il risultato dell'emissione ottica proveniente dalla radiazione di sincrotrone piuttosto che dalla superficie calda.

I recenti risultati di Gaia DR2 includono il Pulsar di granchio come DR23403818172572314624 che ha un colore BP-RP di 1.0494 che equivale a una temperatura di circa 5.100 K dal diagramma DR2 HR. Questo è molto simile alla temperatura mostrata nei dati DR2. Questo deve essere usato con cautela poiché la calibrazione è per una stella con un'atmosfera di "corpo nero" piuttosto che "radiazione di atmosfera" a causa della radiazione di sincrotrone. Vedi questo per i dati DR2 completi.

Non sappiamo quanto sia grande l '"atmosfera" radiante, ma un'idea approssimativa potrebbe essere calcolata dai dati DR2 nel link sopra. Tuttavia, l'incertezza di parallasse (distanza) è piuttosto grande, quindi sarebbe necessaria una migliore misurazione della distanza.

Posso in qualche modo dare una risposta, ma accolgo con favore la correzione.

Mi chiedevo come sarebbe apparso una pulsar a un essere umano, alla luce visibile

Non sembrerebbe molto nello spettro della luce visibile se non ci fosse una nebulosa significativa, quindi potremmo vedere l'effetto della pulsar sulla nebulosa, ma non la pulsar stessa. I raggi X e le onde radio non sono visibili e se la pulsar non fosse diretta verso di noi, non vedremmo passare attraverso lo spazio vuoto.

Le stelle di neutroni sono generalmente troppo calde per essere viste. Se uno dovesse raffreddarsi in modo significativo, forse a 10 o 20 mila gradi in superficie, allora potrebbe brillare visibilmente blu e apparire come la stella più luminosa nel cielo, ancora solo un punto nel cielo, ma il punto più luminoso nel cielo a 1 UA.

Ma soprattutto sono troppo caldi per brillare alla luce visibile.

Quello che potresti vedere da 1 UA da una stella di neutroni potrebbe essere il disco di accrescimento. La materia che cade in una stella di neutroni diventa molto calda e l'energia se l'impatto è molto maggiore dell'energia di fissione, quindi man mano che la materia si avvicina alla stella di neutroni e alle spirali, probabilmente stai parlando di raggi X e raggi gamma, ma potresti vedere un disco di accrescimento visibilmente luminoso ad una certa distanza, forse in un'orbita che si sta gradualmente deteriorando. In effetti, ciò che potresti vedere dipenderebbe da ciò che è intorno alla stella di neutroni piuttosto che dipenderebbe dalla stella stessa.

A quanto ho capito, il raggio della pulsar è proiettato dai poli magnetici della stella anziché dai poli di rotazione, che non sono necessariamente in linea tra loro. Dato che le pulsar ruotano estremamente rapidamente e il raggio potrebbe essere visibile su grandi distanze - come se stesse brillando attraverso la nebulosa della pulsar - apparirebbe come una linea retta, una linea curva o forse un cono

Il problema qui è che non puoi vedere il raggio. Vedi la luce quando è puntata verso di te, non puoi vedere un raggio di luce nello spazio (anche se è luce visibile).

Puoi vedere un raggio non puntato verso di te nell'atmosfera a causa del riflesso della polvere e delle molecole d'acqua nell'aria.

(vedi foto piccola)

Nello spazio, la materia è molto più diffusa. È vero che una pulsar può illuminare parte di una nebulosa, anche se la nebulosa può anche brillare da sola (comunque non ne sono sicura al 100%), ma una Nebulosa è molto grande e molto diffusa. Per vederlo ad occhio nudo, non penso che vedresti molto altro che forse un grande bagliore.

Se potessi vedere un raggio pulsar, ci vogliono 8 minuti per far viaggiare la luce 1 UA e una pulsar può ruotare centinaia di volte, forse migliaia di volte in 8 minuti, quindi se potessi davvero vedere il raggio, sarebbe enormemente curvo, come una spirale. La luce stessa viaggerebbe in linea retta ma poiché la sorgente della luce ruotava rapidamente, apparirebbe così (immagine sotto), se ci fosse materiale sufficiente per far riflettere la luce (che probabilmente non ci sarebbe, non entro 1 UA).

In realtà, non sembrerebbe nulla del genere, ma se potessi vedere il raggio, è come sarebbe. Che aspetto ha quella spirale da un singolo punto è una pulsar, off, on, off, on, off, on, ecc.

Inoltre, la luce non viaggia mai in una spirale, viaggia in una linea diretta lontano dalla Pulsar, ma come la spirale dell'acqua qui , che cade in linea retta, ma sembra che cade in una spirale (se questo ha senso ).

Data l'incredibile densità delle stelle di neutroni e le loro piccole dimensioni fisiche, il cielo notturno sarebbe visibilmente distorto al punto in cui (per esempio) appena dopo il tramonto su un ipotetico pianeta, si potrebbero osservare altri pianeti vicino o dietro la stella che altrimenti essere bloccato da esso?

Bene, per cominciare, senza un sole lì, i pianeti probabilmente non sarebbero visibili. Se la stella di neutroni si illuminava intensamente a causa di un disco di accrescimento caldo, non si vedeva nulla dietro di essa perché la sua luminosità avrebbe reso pallida la luce al suo interno al confronto.

Ora se la stella di neutroni fosse scura, ai nostri occhi, allora potremmo vedere la gravità che la circonda attorno, ma le stelle, non i pianeti perché i pianeti sarebbero scuri. (Anche la luna sarebbe molto scura, visibile più da ciò che blocca di ciò che brilla). L'obiettivo sarebbe comunque piuttosto piccolo. Le lenti a vista sarebbero solo alcune volte il diametro della stella di neutroni, forse di 100 miglia di diametro, che a 93 milioni di miglia di distanza è davvero minuscola. Potresti vedere qualche strana distorsione di una stella qui o là quando correttamente allineato, ma per vedere qualsiasi obiettivo visibile interessante avresti bisogno di un telescopio piuttosto potente.

Date le loro piccole superfici, una stella di neutroni apparirebbe ancora luminosa come il Sole, a una distanza simile? Quanto dovresti avvicinarti a una stella di neutroni per la sua apparente magnitudine per abbinare quella del Sole dalla Terra?

Un po 'toccato questo sopra. La stella di neutroni può emettere molta energia nel suo raggio pulsar, ma è principalmente raggi X, luce non visibile. Quanto è luminoso dipenderebbe da quanto materiale vi cadrà in quel momento, quindi non c'è una risposta giusta a quanto dovrebbe essere vicina la Terra per avere la stessa luminosità. È anche un diverso tipo di luminosità, per lo più non visibile. Ma non c'è modo di rispondere a questa domanda perché dipende da troppe cose.

Quando una stella di neutroni si è appena formata (che di solito accade dopo una supernova, quindi viene rilasciata un'enorme energia), ma quando la stella si forma, ha forse un diametro di 12-15 miglia ma la sua temperatura superficiale può essere (indovinando) forse un miliardo di gradi, anche se si raffredda molto rapidamente. Una giovane stella di neutroni potrebbe emettere più energia per il nostro sole, sebbene gran parte di essa sarebbe nei neutrini che passerebbero in gran parte attraverso la Terra. Ma quel livello di produzione di energia non sarebbe durato a lungo. Si raffredderebbe a circa un milione di gradi in pochi anni. Fonte .

Se assumiamo che la superficie della pulsar sia simile a quella di altre stelle di neutroni, a meno che il raggio non sia puntato verso di te, sembrerà come altre stelle di neutroni. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) è una delle pochissime stelle di neutroni che possiamo vedere a lunghezze d'onda ottiche. Ha una magnitudine visiva di 25,6 a ≈61 parsecs (la magnitudine visiva apparente del Sole a quella distanza sarebbe di circa 8,75). Girando le pedivelle ottengo una magnitudine visiva assoluta MV di 21,67 e una luminosità visiva di 0000000018. Prendendo la radice quadrata, avrei bisogno di essere a circa .00043 UA, o circa un decimo del diametro del Sole perché sia ​​luminoso come il Sole dalla Terra, visivamente. A soli 14 km circa di diametro, sarebbe molto piccolo, circa il 4,7% del diametro apparente del Sole - non molto più di un punto. Ma come notato sopra, l'effettiva luminosità bolometrica della stella di neutroni sarebbe molto, molto più alta. Una persona che lo guarda (non protetto) da quella distanza sarebbe accecata e fritta in breve tempo. Uno potrebbe anche essere abbastanza lontano dalla gravità ben a quella distanza che gli effetti relativistici che oscurano la stella sarebbero meno e la stella sembrerebbe ancora più luminosa. E si potrebbero notare anche alcuni effetti di marea. Questa situazione richiede lo "scafo di prodotti generali" che Larry Niven ha usato per la sua storia "Neutron Star!"