Как на самом деле появится нейтронная звезда?

Увидев много картин, созданных художниками нейтронных звезд и планет, которые вращаются вокруг некоторых из них, мне было интересно, как пульсар может показаться человеку в видимом свете (если предположить, что интенсивное излучение и т. Д. Не убивает нас в процессе) ,

Как я понимаю, луч пульсара проецируется с магнитных полюсов звезды, а не с вращательных полюсов, которые не обязательно совпадают друг с другом. Учитывая, что пульсары вращаются очень быстро, и луч может быть виден на огромных расстояниях - например, если он сияет сквозь туманность пульсара - он будет выглядеть как прямая линия, изогнутая линия или, возможно, конус? Это при условии, что луч можно увидеть в видимом свете.

Учитывая невероятную плотность нейтронных звезд и их небольшие физические размеры, будет ли ночное небо заметно искажено до точки, где (например) сразу после захода солнца на гипотетической планете можно было бы наблюдать другие планеты вблизи или позади звезды, которые в противном случае могли бы быть заблокирован этим?

Учитывая их малые площади поверхности, будет ли нейтронная звезда все еще выглядеть такой же светящейся, как, скажем, Солнце, на таком же расстоянии? Как близко вы должны были бы добраться до нейтронной звезды, чтобы ее видимая величина соответствовала Солнцу с Земли?

Ваш вопрос слишком общий, вам нужно обратиться к конкретным примерам.

Во-первых, очень мало нейтронных звезд являются пульсарами. Пульсары представляют собой либо краткие фазы во пульсар спин-вниз в начале жизни нейтронной звезды, или они являются продуктом спин- до нейтронной звезды в двойной системе. Большинство нейтронных звезд не попадают ни в одну из этих категорий.

Стандартная нейтронная звезда будет выглядеть как любая другая звезда при аналогичной температуре. Большинство из них действительно будут очень горячими - 100 000 К или более, хотя истории охлаждения нейтронных звезд все еще неопределенны и зависят от некоторой экзотической физики. Такой объект «белый горячий» - он излучает излучение черного тела на всех частотах, видимых глазу (а также намного больше на длинах волн УФ).

Как близко вы должны были бы приблизиться, чтобы его видимая яркость / величина соответствовала Солнцу? Ну, это зависит от размера и температуры нейтронной звезды. Считается, что большинство из них имеют диаметр 20 км. Способ, которым вы будете делать вычисления, - это уравнять радиационный поток черного тела на единицу площади на заданном расстоянии до постоянной солнечной радиации около 1300 Вт на квадратный метр. Однако у нейтронной звезды есть две складки: во-первых, излучение гравитационно смещено в красную область, поэтому измеряемая нами температура ниже, чем температура на поверхности. Во-вторых, Общая теория относительности говорит нам, что мы можем видеть больше, чем просто полушарие нейтронной звезды - т.е. мы можем видеть вокруг спины - и это увеличивает поток, который мы наблюдаем. Это примерно два фактора, так что просто для оценки порядка,$T=10^{5}$ К.

Используя закон Стефана для черного тела, на расстоянии имеем где постоянная Стефана-Больцмана.4 π г $d$

Для км тогда м, что совпадает с солнечным радиусом. Конечно, это расстояние зависит от квадрата температуры, поэтому младший НС с К, то а.е.d = 7 × 10 8 T = 10 6 d ∼ $r=10$$d=7 \times 10^{8}$$T=10^6$$d \sim 1$

Это расстояния, на которых общий поток на всех длинах волн будет аналогичен потоку от Солнца. Чтобы выполнить расчет только для видимого диапазона, нам необходимо учесть болометрическую коррекцию, которая преобразует визуальную величину в болометрическую величину. Болометрическая поправка для Солнца равна , тогда как болометрическая поправка для очень горячей звезды может составлять -5 мег. Это означает, что в видимой полосе возникает только 1% потока от горячей нейтронной звезды по сравнению с солнечным светом. Это означает, что рассчитанные выше расстояния, если мы требуем, чтобы визуальная яркость нейтронной звезды была подобна Солнцу, должны быть уменьшены в 10 раз.$\sim 0$

Обращаться к пульсарам. Следует отметить , что импульсное излучение имеет иметь оптический компонент и импульсные оптическое излучение было видно из ряда пульсаров. Оптическое синхротронное излучение может показаться периодическим интенсивным осветлением пульсара, когда луч проникает через луч обзора. Если бы вы не были в зоне прямой видимости, то вы бы не увидели импульсного оптического излучения. Если бы вы могли наблюдать прохождение луча через туманность или какую-либо другую среду вокруг пульсара, тогда да, вполне возможно, есть некоторые эффекты, которые вы могли бы увидеть в плане ионизации или рассеянного света, идущего вдоль пути луча.

Наконец, эффект гравитационного линзирования. Да, это должно быть сильно близко к нейтронной звезде. Угол отклонения (в радианах) определяется как где - насколько близко свет проходит к нейтронной звезде, а - масса нейтронной звезды. Выражая в радиусе нейтронной звезды в 10 км: где, строго говоря, эта формула справедлива только для .bMbα≃0,83(

Итак, рассмотрим планету прямо за нейтронной звездой на расстоянии 1 а.е. Свет от этого должен был бы быть изогнут только через угол радиан, чтобы быть видимым с планеты, диаметрально противоположной на расстоянии 1 аи. Так что это легко возможно. Однако изображение, вероятно, будет сильно искажено, особенно если нейтронная звезда вращается. Это не выглядело бы непохожим на это смоделированное изображение черной дыры, но с яркой нейтронной звездой в центре, а не с черным диском.$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$

Утверждение, что Пульсар будет выглядеть как черное тело с высокой температурой, не подтверждается данными. Оптические измерения Краб Пульсар показывают плоский спектр увидеть это . Это является результатом оптического излучения синхротронного излучения, а не горячей поверхности.

Недавние результаты Gaia DR2 включают Crab Pulsar как DR23403818172572314624, цвет BP-RP которого равен 1,0494, что соответствует температуре около 5100 К из диаграммы DR2 HR. Это очень похоже на температуру, показанную в данных DR2. Это следует использовать с осторожностью, поскольку калибровка предназначена для звезды с атмосферой «черного тела», а не с «атмосферой», излучаемой синхротронным излучением. Смотрите это для полных данных DR2.

Мы не знаем, насколько велика излучающая «атмосфера», но приблизительная идея может быть рассчитана на основе данных DR2 по ссылке выше. Однако неопределенность параллакса (расстояния) довольно велика, поэтому необходимо лучшее измерение расстояния.

Я могу дать ответ, но приветствую исправление.

Мне было интересно, как пульсар будет казаться человеку в видимом свете

Если бы не было значительной туманности, в спектре видимого света она не выглядела бы так сильно, тогда мы могли бы увидеть влияние пульсара на туманность, но не на сам пульсар. Рентген и радиоволны не видны, и если бы пульсар не был направлен на нас, мы бы не увидели, как он проходит через пустое пространство.

Нейтронные звезды, как правило, слишком горячие, чтобы мы могли их видеть. Если нужно было значительно остыть, до 10 или 20 тысяч градусов на поверхности, то он мог бы светиться ярко-голубым и выглядеть как самая яркая звезда на небе, все еще просто точка на небе, но самая яркая точка на небе на 1 а.е.

Но в основном они слишком горячие, чтобы светиться в видимом свете.

То, что вы можете увидеть на 1 AU от нейтронной звезды, может быть аккреционным диском. Вещество, которое падает в нейтронную звезду, становится очень горячим, и энергия, если удар намного больше, чем энергия деления, так что, когда материя приближается к нейтронной звезде и закручивается внутрь, вы, вероятно, говорите о рентгеновских и гамма-лучах, но Вы можете увидеть заметно светящийся аккреционный диск на некотором расстоянии, возможно, на постепенно затухающей орбите. По сути, то, что вы можете увидеть, будет зависеть от того, что находится вокруг нейтронной звезды, чем от самой звезды.

Как я понимаю, луч пульсара проецируется с магнитных полюсов звезды, а не с вращательных полюсов, которые не обязательно совпадают друг с другом. Учитывая, что пульсары вращаются очень быстро, и луч может быть виден на огромных расстояниях - например, если он сияет сквозь туманность пульсара - он будет выглядеть как прямая линия, изогнутая линия или, возможно, конус

Проблема в том, что вы не видите луч. Вы видите свет, направленный на вас, вы не можете видеть луч света в пространстве (даже если это видимый свет).

Вы можете увидеть луч, не направленный на вас в атмосфере из-за отражения от пыли и молекул воды в воздухе.

(см. маленькую картинку)

В космосе материя гораздо более распространена. Это правда, что пульсар может освещать часть туманности, хотя туманность может также светиться сама по себе (в этом я не уверен на 100%), но туманность очень большая и очень распространенная. Чтобы увидеть это невооруженным глазом, я не думаю, что вы увидите что-то еще, кроме, возможно, большого свечения.

Если бы вы могли видеть луч пульсара, свету требуется 8 минут, чтобы свет прошел 1 АЕ, и пульсар может вращаться сотни раз, возможно, тысячи раз за 8 минут, поэтому, если вы действительно могли видеть луч, он был бы чрезвычайно изогнутый, как спираль. Сам свет распространялся бы по прямой линии, но поскольку источник света быстро вращался, он мог бы выглядеть следующим образом (рисунок ниже), если бы было достаточно материала, чтобы свет мог отражаться от него (чего, вероятно, не было бы, не в пределах 1 а.е.).

На самом деле это бы не выглядело так, но если бы вы могли видеть луч, это было бы так. То, как эта спираль выглядит из одной точки, - это пульсар, выкл, вкл, выкл, вкл, выкл, вкл и т. Д.

Кроме того, свет никогда не движется по спирали, он движется по прямой линии от Пульсара, но, как водная спираль здесь , которая падает по прямой линии, но похоже, что она падает по спирали (если это имеет смысл ).

Учитывая невероятную плотность нейтронных звезд и их небольшие физические размеры, будет ли ночное небо заметно искажено до точки, где (например) сразу после захода солнца на гипотетической планете можно было бы наблюдать другие планеты вблизи или позади звезды, которые в противном случае быть заблокирован этим?

Ну, во-первых, без солнца планет, вероятно, не было бы видно. Если бы Нейтронная звезда ярко светилась из-за горячего аккреционного диска, вы ничего не могли бы увидеть за ней, потому что яркость ее заставила бы видеть свет, согнутый вокруг нее, бледным по сравнению.

Теперь, если бы нейтронная звезда была темной для наших глаз, то мы могли бы видеть гравитационные линзы вокруг нее, но звезды, а не планеты, потому что планеты были бы темными. (Луна тоже будет очень темной, видимой больше по тому, что она блокирует, чем по тому, что она сияет). Однако линзирование будет довольно маленьким. Видимая линза будет всего в несколько раз больше диаметра нейтронной звезды, возможно, в 100 милях в поперечнике, а расстояние в 93 миллиона миль действительно крошечно. Вы можете увидеть странное искривление звезды здесь или там при правильном расположении, но для того, чтобы увидеть любое интересное видимое линзирование, вам понадобится довольно мощный телескоп.

Учитывая их малые площади поверхности, будет ли нейтронная звезда все еще выглядеть такой же светящейся, как, скажем, Солнце, на таком же расстоянии? Как близко вы должны были бы добраться до нейтронной звезды, чтобы ее видимая величина соответствовала Солнцу с Земли?

Вид коснулся этого выше. Нейтронная звезда может излучать много энергии в своем пучке пульсаров, но в основном это рентгеновские лучи, а не видимый свет. Насколько она яркая, будет зависеть от того, сколько материала в нее попадает в данный момент, поэтому нет правильного ответа на вопрос, насколько близко должна быть Земля, чтобы иметь равную яркость. Это также другой вид яркости, в основном не видимый свет. Но нет никакого способа ответить на этот вопрос, потому что это зависит от слишком многих вещей.

Когда нейтронная звезда только что сформировалась (что обычно происходит после сверхновой, так что выделяется огромная энергия), но когда звезда просто формируется, ее диаметр может быть 12-15 миль, но ее температура на поверхности может быть (предположительно), возможно, миллиард градусов, хотя очень быстро охлаждается. Очень молодая нейтронная звезда может излучать больше энергии нашему солнцу, хотя большая ее часть будет в нейтрино, которое в значительной степени пройдет через Землю. Но этот уровень производства энергии не будет длиться долго. В течение нескольких лет температура остынет примерно до миллиона градусов. Источник .

Если мы предположим, что поверхность пульсара подобна поверхности других нейтронных звезд, если луч не направлен на вас, он будет похож на другие нейтронные звезды. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) является одной из очень немногих нейтронных звезд, которые мы можем видеть на оптических длинах волн. Он имеет визуальную величину 25,6 при ≈61 парсеках (видимая визуальная величина Солнца на этом расстоянии будет около 8,75). Поворачивая рукоятки, я получаю абсолютную визуальную величину MV 21,67 и визуальную яркость ≈.00000018. Если взять квадратный корень, мне нужно быть на расстоянии около 0,00043 а.е. или около десятой части диаметра Солнца, чтобы оно было таким же ярким, как Солнце с Земли, визуально. При диаметре всего 14 км он будет очень маленьким, около 4,7% видимого диаметра Солнца - не намного больше, чем точка. Но, как отмечалось выше, фактическая болометрическая яркость нейтронной звезды была бы намного выше. Человек, смотрящий на него (незащищенный) с такого расстояния, будет ослеплен и зажарен в короткие сроки. Можно было бы также оказаться достаточно далеко вниз от гравитационного колодца на таком расстоянии, чтобы релятивистские эффекты, которые затемняют звезду, были бы меньше, и звезда стала бы еще ярче. И можно отметить некоторые приливные эффекты. Эта ситуация требует, чтобы «Корпус продуктов общего назначения» Ларри Нивен использовал для своей истории «Нейтронная звезда!»