Wie würde ein Neutronenstern tatsächlich erscheinen?

Nachdem ich viele Bilder von Künstlern von Neutronensternen und Planeten gesehen hatte, die einige von ihnen umkreisen, fragte ich mich, wie ein Pulsar einem Menschen im sichtbaren Licht erscheinen würde (vorausgesetzt, die intensive Strahlung usw. tötet uns dabei nicht). .

Soweit ich weiß, wird der Pulsarstrahl eher von den Magnetpolen des Sterns als von den Rotationspolen projiziert, die nicht unbedingt in einer Linie zueinander stehen. Angesichts der Tatsache, dass sich Pulsare extrem schnell drehen und der Strahl über weite Entfernungen sichtbar sein könnte - als würde er durch den Pulsarnebel scheinen - würde er als gerade Linie, gekrümmte Linie oder vielleicht als Kegel erscheinen? Dies setzt voraus, dass der Strahl im sichtbaren Licht sichtbar ist.

Wäre der Nachthimmel angesichts der unglaublichen Dichte der Neutronensterne und ihrer geringen physischen Größe so stark verzerrt, dass man (zum Beispiel) kurz nach Sonnenuntergang auf einem hypothetischen Planeten möglicherweise andere Planeten in der Nähe oder hinter dem Stern beobachten könnte, die dies sonst tun würden davon geblockt werden?

Erscheint ein Neutronenstern aufgrund seiner kleinen Oberfläche immer noch so hell wie die Sonne in ähnlicher Entfernung? Wie nah müsste man sich einem Neutronenstern nähern, damit seine scheinbare Größe mit der der Sonne von der Erde übereinstimmt?

Ihre Frage ist zu allgemein, Sie müssen zu bestimmten Beispielen kommen.

Erstens sind nur sehr wenige Neutronensterne Pulsare. Pulsare ist entweder eine kurze Phase während eines Spin-down des Pulsar zu Beginn des Lebens eines Neutronensternes oder sie sind das Produkt des Spin- up eines Neutronensterns in einem binären System. Die meisten Neutronensterne fallen in keine dieser Kategorien.

Ein Standard-Neutronenstern sieht aus wie jeder andere Stern mit einer ähnlichen Temperatur. Die meisten von ihnen werden in der Tat sehr heiß sein - 100.000 K oder mehr, obwohl die Abkühlungsgeschichte von Neutronensternen noch ungewiss ist und von einer exotischen Physik abhängt. Ein solches Objekt ist "weiß heiß" - es strahlt bei allen für das Auge sichtbaren Frequenzen (und bei UV-Wellenlängen viel mehr) schwarze Körperstrahlung aus.

Wie nah müssten Sie kommen, damit die scheinbare Helligkeit / Stärke der Sonne entspricht? Nun, das hängt von der Größe und Temperatur des Neutronensterns ab. Die meisten sollen einen Durchmesser von 20 km haben. Bei der Berechnung wird der Strahlungsfluss des schwarzen Körpers pro Flächeneinheit in einem bestimmten Abstand zur Sonnenstrahlungskonstante von etwa 1300 W pro Quadratmeter gleichgesetzt. Für einen Neutronenstern gibt es jedoch zwei Falten: Erstens ist die Strahlung durch die Gravitation rotverschoben, sodass die gemessene Temperatur niedriger ist als die Temperatur an der Oberfläche. Zweitens sagt uns die Allgemeine Relativitätstheorie, dass wir mehr als nur eine Halbkugel des Neutronensterns sehen können - dh wir können um den Rücken sehen - und dies erhöht den beobachteten Fluss. Dies sind ungefähr Faktor zwei Effekte, um eine Größenordnungsschätzung zu erhalten,$T=10^{5}$ K.

Unter Verwendung von Stefans Gesetz für einen schwarzen haben wir dann in einer Entfernung von Folgendes: wobei die Stefan-Boltzmann-Konstante ist.$d$

Für km ist m, was zufällig einem Sonnenradius entspricht. Natürlich hängt dieser Abstand vom Quadrat der Temperatur ab, also ein jüngerer NS mit K, dann au.$r=10$$d=7 \times 10^{8}$$T=10^6$$d \sim 1$

Dies sind die Entfernungen, bei denen der Gesamtfluss bei allen Wellenlängen ähnlich dem von der Sonne wäre. Um die Berechnung nur für den sichtbaren Bereich durchzuführen, müssen wir die bolometrische Korrektur berücksichtigen, die eine visuelle Größe in eine bolometrische Größe umwandelt. Die bolometrische Korrektur für die Sonne ist , während die bolometrische Korrektur für einen sehr heißen Stern -5 mag betragen könnte. Dies bedeutet, dass im sichtbaren Bereich im Vergleich zum Sonnenlicht nur 1% des Flusses des heißen Neutronensterns austritt. Dies bedeutet, dass die oben berechneten Entfernungen, wenn wir die visuelle Helligkeit des Neutronensterns ähnlich der Sonne benötigen, um den Faktor 10 reduziert werden müssen.$\sim 0$

Sich Pulsaren zuzuwenden. Man beachte , dass die gepulste Strahlung ist eine optische Komponente aufweist , und gepulste optische Strahlung wurde von einer Reihe von pulsars gesehen. Optische Synchrotronemission scheint nur eine periodische, intensive Aufhellung des Pulsars zu sein, wenn der Strahl über die Sichtlinie läuft. Wenn Sie nicht in der Sichtlinie wären, würden Sie die gepulste optische Emission nicht sehen. Wenn Sie den Strahl beobachten könnten, wie er durch den Nebel oder ein anderes Medium um den Pulsar läuft, dann könnte es durchaus zu Effekten kommen, die sich auf die Ionisierung oder das Streulicht aus dem Strahlengang auswirken.

Zuletzt der Gravitationslinseneffekt. Ja, dies sollte stark in der Nähe eines Neutronensterns sein. Der Ablenkwinkel (im Bogenmaß) ist gegeben durch

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

Die Aussage, dass ein Pulsar wie ein schwarzer Körper mit einer hohen Temperatur aussieht, wird durch die Beweise nicht gestützt. Optische Messungen der Crab Pulsar zeigen ein flaches Spektrum sehen diese . Dies ist ein Ergebnis der optischen Emission, die eher von Synchrotronstrahlung als von der heißen Oberfläche stammt.

Die jüngsten Gaia-DR2-Ergebnisse enthalten den Krebs-Pulsar DR23403818172572314624 mit einer BP-RP-Farbe von 1,0494, was einer Temperatur von etwa 5.100 K aus dem DR2-HR-Diagramm entspricht. Dies ist der in den DR2-Daten angezeigten Temperatur sehr ähnlich. Dies muss mit Vorsicht angewendet werden, da die Kalibrierung für einen Stern mit einer "Schwarzkörper" -Atmosphäre und nicht für eine "Atmosphäre" gilt, die aufgrund von Synchrotronstrahlung strahlt. Sehen Sie dies für die volle DR2 Daten.

Wir wissen nicht, wie groß die strahlende "Atmosphäre" ist, aber eine grobe Idee könnte aus den DR2-Daten im obigen Link berechnet werden. Die Parallaxen- (Distanz-) Unsicherheit ist jedoch ziemlich groß, so dass eine bessere Distanzmessung erforderlich wäre.

Ich kann eine Art Antwort geben, aber ich begrüße die Korrektur.

Ich fragte mich, wie ein Pulsar einem Menschen im sichtbaren Licht erscheinen würde

Es würde im sichtbaren Lichtspektrum nicht so viel aussehen, wenn es keinen signifikanten Nebel gäbe, dann könnten wir die Wirkung des Pulsars auf den Nebel sehen, aber nicht den Pulsar selbst. Röntgenstrahlen und Radiowellen sind nicht sichtbar, und wenn der Pulsar nicht auf uns gerichtet wäre, würden wir ihn nicht durch den leeren Raum laufen sehen.

Neutronensterne sind im Allgemeinen zu heiß, als dass wir sie sehen könnten. Wenn man sich deutlich abkühlen würde, auf vielleicht 10 oder 20 Tausend Grad an der Oberfläche, könnte es sichtbar blau leuchten und wie der hellste Stern am Himmel aussehen, immer noch nur ein Punkt am Himmel, aber der hellste Punkt am Himmel um 1 AU.

Meistens sind sie aber zu heiß, um im sichtbaren Licht zu leuchten.

Was Sie von 1 AU von einem Neutronenstern sehen könnten, könnte die Akkretionsscheibe sein. Materie, die in einen Neutronenstern fällt, wird sehr heiß und die Energie, wenn der Aufprall weitaus größer ist als die Energie der Spaltung. Wenn also die Materie in die Nähe des Neutronensterns und der Spiralen gelangt, spricht man wahrscheinlich von Röntgen- und Gammastrahlen, aber In einiger Entfernung sehen Sie möglicherweise eine sichtbar leuchtende Akkretionsscheibe, möglicherweise in einer allmählich abnehmenden Umlaufbahn. In der Tat würde das, was Sie sehen könnten, davon abhängen, was sich um den Neutronenstern herum befindet, als es vom Stern selbst abhängen würde.

Soweit ich weiß, wird der Pulsarstrahl eher von den Magnetpolen des Sterns als von den Rotationspolen projiziert, die nicht unbedingt in einer Linie zueinander stehen. Angesichts der Tatsache, dass sich Pulsare extrem schnell drehen und der Strahl über weite Entfernungen sichtbar sein könnte - als würde er durch den Pulsarnebel scheinen -, würde er als gerade Linie, gekrümmte Linie oder vielleicht als Kegel erscheinen

Das Problem hierbei ist, dass Sie den Strahl nicht sehen können. Sie sehen Licht, wenn es auf Sie gerichtet ist, Sie können keinen Lichtstrahl im Raum sehen (auch wenn es sichtbares Licht ist).

Sie können einen Strahl sehen, der nicht auf Sie in der Atmosphäre gerichtet ist, da Staub und Wassermoleküle in der Luft reflektiert werden.

(siehe kleines Bild)

Im Weltraum ist die Materie viel weiter verbreitet. Es ist wahr, dass ein Pulsar einen Teil eines Nebels zum Leuchten bringen kann, obwohl der Nebel auch von sich aus leuchten kann (da bin ich mir nicht hundertprozentig sicher), aber ein Nebelfleck ist sehr groß und sehr weit verbreitet. Um es mit bloßem Auge zu sehen, glaube ich nicht, dass Sie viel anderes als vielleicht ein großes Leuchten sehen würden.

Wenn Sie einen Pulsarstrahl sehen könnten, bräuchte das Licht 8 Minuten, um sich 1 AE zu bewegen, und ein Pulsar kann sich hunderte Male, vielleicht tausende Male in 8 Minuten drehen. Wenn Sie also den Strahl tatsächlich sehen könnten, wäre dies der Fall enorm gebogen, wie eine Spirale. Das Licht selbst würde sich in einer geraden Linie bewegen, aber da sich die Lichtquelle schnell dreht, würde es so aussehen (Bild unten), wenn genügend Material für die Lichtreflexion vorhanden wäre (was wahrscheinlich nicht der Fall wäre). nicht innerhalb von 1 AU).

In Wirklichkeit würde es nicht so aussehen, aber wenn Sie den Strahl sehen könnten, würde es so aussehen. Wie diese Spirale von einem einzigen Punkt aus aussieht, ist ein Pulsar, aus, ein, aus, ein, aus, ein usw.

Auch das Licht bewegt sich niemals in einer Spirale, sondern in einer direkten Linie vom Pulsar weg, aber wie die Wasserspirale hier , die in einer geraden Linie nach unten fällt, aber so aussieht, als würde sie in eine Spirale fallen (wenn das Sinn macht) ).

Wäre der Nachthimmel angesichts der unglaublichen Dichte der Neutronensterne und ihrer geringen physischen Größe so stark verzerrt, dass man (zum Beispiel) kurz nach Sonnenuntergang auf einem hypothetischen Planeten möglicherweise andere Planeten in der Nähe oder hinter dem Stern beobachten könnte, die dies sonst tun würden davon geblockt werden?

Nun, für den Anfang wären Planeten ohne Sonne wahrscheinlich nicht sichtbar. Wenn der Neutronenstern aufgrund einer heißen Akkretionsscheibe hell aufleuchtete, konnte man nichts dahinter sehen, da die Helligkeit dazu führen würde, dass das umgebogene Licht im Vergleich dazu blass wurde.

Wenn der Neutronenstern für unsere Augen dunkel wäre, könnten wir die Schwerkraft sehen, die ihn umspült, aber Sterne, nicht Planeten, denn Planeten wären dunkel. (Der Mond wäre auch sehr dunkel, sichtbarer an dem, was er blockiert, als an dem, was er scheint.) Das Lensing wäre allerdings recht klein. Die sichtbare Linse wäre nur ein paar Mal so groß wie der Durchmesser des Neutronensterns mit einem Durchmesser von vielleicht 100 Meilen, was in einer Entfernung von 93 Millionen Meilen wirklich winzig ist. Wenn Sie richtig ausgerichtet sind, kann es sein, dass sich ein Stern hier oder da merkwürdig verzieht. Um jedoch interessante sichtbare Linsen zu sehen, ist ein ziemlich leistungsfähiges Teleskop erforderlich.

Erscheint ein Neutronenstern aufgrund seiner kleinen Oberfläche immer noch so hell wie die Sonne in ähnlicher Entfernung? Wie nah müsste man sich einem Neutronenstern nähern, damit seine scheinbare Größe mit der der Sonne von der Erde übereinstimmt?

Art berührt darüber oben. Der Neutronenstern kann viel Energie in seinem Pulsarstrahl abgeben, aber es sind meist Röntgenstrahlen, kein sichtbares Licht. Wie hell es ist, hängt davon ab, wie viel Material gerade hineinfällt. Es gibt also keine richtige Antwort darauf, wie nah die Erde sein müsste, um die gleiche Helligkeit zu erreichen. Es ist auch eine andere Art von Helligkeit, meistens nicht sichtbares Licht. Aber es gibt keine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten, da sie von zu vielen Dingen abhängt.

Wenn sich gerade ein Neutronenstern bildet (was normalerweise nach einer Supernova geschieht, so dass enorme Energie freigesetzt wird), aber wenn sich der Stern gerade bildet, hat er vielleicht einen Durchmesser von 12-15 Meilen, aber seine Oberflächentemperatur kann (erraten) vielleicht eine Milliarde Grad betragen. obwohl es sehr schnell abkühlt. Ein sehr junger Neutronenstern könnte mehr Energie an unsere Sonne abgeben, obwohl ein Großteil davon in Neutrinos sein würde, die größtenteils die Erde passieren würden. Diese Energieausbeute würde jedoch nicht lange anhalten. Es würde sich innerhalb weniger Jahre auf etwa eine Million Grad abkühlen. Quelle .

Wenn wir davon ausgehen, dass die Oberfläche des Pulsars der anderer Neutronensterne gleicht, sieht sie wie andere Neutronensterne aus, es sei denn, der Strahl ist auf Sie gerichtet. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) ist einer der wenigen Neutronensterne, die wir bei optischen Wellenlängen sehen können. Es hat eine visuelle Größe von 25,6 bei 61 Parsec (die scheinbare visuelle Größe der Sonne in dieser Entfernung wäre etwa 8,75). Beim Drehen der Kurbeln erhalte ich eine absolute visuelle Stärke MV von 21,67 und eine visuelle Leuchtkraft von 0,00000018. Wenn ich die Quadratwurzel nehme, müsste ich ungefähr 0,00043 AE entfernt sein, oder ungefähr ein Zehntel des Durchmessers der Sonne, damit sie so hell ist wie die Sonne von der Erde, visuell. Mit nur etwa 14 km Durchmesser wäre es sehr klein, ungefähr 4,7% des scheinbaren Durchmessers der Sonne - nicht viel mehr als ein Punkt. Aber wie oben erwähnt, wäre die tatsächliche, bolometrische Leuchtkraft des Neutronensterns viel, viel höher. Eine Person, die es (ungeschützt) aus dieser Entfernung betrachtet, würde in kurzer Zeit geblendet und gebraten werden. Man könnte auch weit genug unten in der Schwerkraft sein, so dass die relativistischen Effekte, die den Stern trüben, geringer und der Stern noch heller erscheinen würden. Und man könnte auch einige Gezeiteneffekte bemerken. Diese Situation erfordert den "General Products Hull", den Larry Niven für seine Geschichte "Neutron Star!"