ดาวนิวตรอนจะปรากฏจริงได้อย่างไร?

หลังจากได้เห็นภาพจำนวนมากที่สร้างโดยศิลปินของดาวนิวตรอนและดาวเคราะห์ที่โคจรรอบบางภาพฉันสงสัยว่าพัลซาร์จะปรากฏต่อมนุษย์ในแสงที่มองเห็นได้ (สมมติว่ารังสีรุนแรง ฯลฯ ไม่ฆ่าเราในกระบวนการ) .

ดังที่ฉันเข้าใจลำแสงของพัลซาร์ถูกคาดการณ์จากขั้วแม่เหล็กของดาวมากกว่าที่จะหมุนได้ซึ่งไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกัน เนื่องจากพัลซาร์หมุนอย่างรวดเร็วมากและลำแสงสามารถมองเห็นได้ในระยะไกลเช่นถ้ามันส่องผ่านเนบิวลาของพัลซาร์ - มันจะปรากฏเป็นเส้นตรง, เส้นโค้งหรือกรวยหรือไม่? นี่คือสมมติว่าลำแสงสามารถมองเห็นได้ในแสงที่มองเห็น

เมื่อความหนาแน่นของดาวนิวตรอนและขนาดทางกายภาพเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อท้องฟ้ายามค่ำคืนจะบิดเบี้ยวอย่างชัดเจนจนถึงจุดที่ (ตัวอย่าง) หลังจากพระอาทิตย์ตกดินบนดาวเคราะห์สมมุติเราอาจสังเกตดาวเคราะห์อื่นใกล้หรือหลังดาวฤกษ์อื่น ถูกบล็อคโดย?

เมื่อพิจารณาจากพื้นที่เล็ก ๆ ของพวกมันดาวนิวตรอนจะยังคงส่องสว่างราวกับว่าดวงอาทิตย์ในระยะใกล้เคียงกันหรือไม่ คุณต้องเข้าใกล้ดาวนิวตรอนมากแค่ไหนเพื่อให้ได้ขนาดที่พอดีกับดวงอาทิตย์จากโลก

คำถามของคุณกว้างเกินไปคุณต้องไปดูตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจง

อย่างแรกดาวนิวตรอนน้อยมากคือพัลซาร์ พัลซาร์มีทั้งระยะสั้น ๆ ในช่วงพัลซาร์ปั่นลงในช่วงเริ่มต้นของชีวิตของดาวนิวตรอนหรือพวกเขาเป็นผลิตภัณฑ์ของ spin- ขึ้นของดาวนิวตรอนในระบบเลขฐานสอง ดาวนิวตรอนส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่ในหมวดหมู่เหล่านี้

ดาวนิวตรอนมาตรฐานจะมีลักษณะเหมือนดาวดวงอื่น ๆ ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน ส่วนใหญ่จะร้อนมากอย่างแน่นอน - 100,000 K ขึ้นไปแม้ว่าประวัติความเย็นของดาวนิวตรอนยังคงไม่แน่นอนและขึ้นอยู่กับฟิสิกส์แปลกใหม่บางอย่าง วัตถุดังกล่าวคือ "สีขาวร้อน" - มันปล่อยรังสีสีดำในทุกความถี่ที่มองเห็นได้ด้วยตา (รวมถึงความยาวคลื่น UV อีกมาก

คุณต้องเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากแค่ไหนเพื่อให้เข้ากับดวงอาทิตย์? ขึ้นอยู่กับขนาดและอุณหภูมิของดาวนิวตรอน ส่วนใหญ่คิดว่ามีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 20 กม. วิธีที่คุณจะทำการคำนวณคือการเปรียบเทียบฟลักซ์การแผ่รังสีดำต่อหน่วยพื้นที่ที่ระยะทางที่กำหนดกับค่าคงที่การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ประมาณ 1300 W ต่อตารางเมตร อย่างไรก็ตามมีสองรอยย่นสำหรับดาวนิวตรอน: ประการแรกการแผ่รังสีจะเปลี่ยนเป็นสีแดงแรงโน้มถ่วงดังนั้นอุณหภูมิที่เราวัดจะต่ำกว่าอุณหภูมิที่พื้นผิว ประการที่สองสัมพัทธภาพทั่วไปบอกเราว่าเราสามารถเห็นมากกว่าซีกโลกของดาวนิวตรอน - นั่นคือเราสามารถมองเห็นรอบด้านหลัง - และนี่จะเพิ่มฟลักซ์ที่เราสังเกตเห็น นี่เป็นปัจจัยคร่าวๆของเอฟเฟกต์สองอย่างดังนั้นเพียงเพื่อให้ได้ขนาดประมาณ$T=10^{5}$ K.

การใช้กฎของสเตฟานสำหรับคนผิวดำจากนั้นระยะทางเรามี ที่คือค่าคงที่สเตฟาน-Boltzmann$d$

สำหรับ km แล้ว m ซึ่งบังเอิญเกี่ยวกับรัศมีสุริยะ แน่นอนว่าระยะทางนี้ขึ้นอยู่กับตารางของอุณหภูมิดังนั้น NS ที่อายุน้อยกว่าที่มี K แล้ว au$r=10$$d=7 \times 10^{8}$$T=10^6$$d \sim 1$

นี่คือระยะทางที่ฟลักซ์รวมที่ความยาวคลื่นทั้งหมดจะคล้ายกับที่มาจากดวงอาทิตย์ ในการทำการคำนวณเฉพาะช่วงที่มองเห็นเราจำเป็นต้องพิจารณาการแก้ไขค่าโบลเมตริกซึ่งจะแปลงขนาดภาพให้เป็นขนาดโบลเมตริก การแก้ไขค่า bolometric สำหรับดวงอาทิตย์คือในขณะที่การแก้ไขค่า bolometric สำหรับดาวฤกษ์ร้อนมากอาจเป็น -5 mag ซึ่งหมายความว่ามีเพียง 1% ฟลักซ์จากดาวนิวตรอนร้อนมากที่ปรากฎในแถบที่มองเห็นได้เมื่อเทียบกับแสงแดด ซึ่งหมายความว่าระยะทางที่คำนวณข้างต้นถ้าเราต้องการความสว่างทางสายตาของดาวนิวตรอนคล้ายกับดวงอาทิตย์จะต้องลดลง 10 เท่า$\sim 0$

หากต้องการหันไปหาพัลซาร์ โปรดทราบว่าการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีองค์ประกอบทางแสงและการแผ่รังสีคลื่นแสงแบบพัลซิ่งได้รับการเห็นจากพัลซาร์จำนวนมาก การฉายด้วยแสงซิงโครตรอนน่าจะเป็นพัลซาร์ที่มีความสว่างเป็นระยะและรุนแรงในขณะที่ลำแสงพุ่งทะลุแนวสายตา หากคุณไม่ได้อยู่ในแนวสายตาคุณจะไม่เห็นการเปล่งแสงแบบพัลซิ่ง หากคุณสามารถสังเกตเห็นลำแสงผ่าน nebulosity หรือสื่ออื่น ๆ รอบพัลซาร์แล้วใช่อาจมีผลกระทบบางอย่างที่คุณสามารถเห็นในแง่ของการแตกตัวเป็นไอออนหรือแสงกระจัดกระจายที่มาจากเส้นทางของลำแสง

ท้ายที่สุดเอฟเฟกต์เลนส์ความโน้มถ่วง ใช่มันควรจะแข็งแรงใกล้กับดาวนิวตรอน มุมโก่ง (เป็นเรเดียน) กำหนดโดย ที่คือแสงที่ผ่านเข้าใกล้ดาวนิวตรอนอย่างไรและคือมวลดาวนิวตรอน แสดงในแง่ของรัศมี 10 กม. ของดาวนิวตรอน: ซึ่งการพูดสูตรนี้อย่างเคร่งครัดใช้ได้กับเท่านั้น

ดังนั้นให้พิจารณาดาวเคราะห์ที่อยู่ด้านหลังดาวนิวตรอนโดยตรงในระยะ 1 au แสงจากสิ่งนี้จะต้องงอผ่านมุมเรเดียนเพื่อที่จะเห็นได้จากดาวเคราะห์ที่อยู่ตรงข้ามกับ diametrically ระยะ 1 au ดังนั้นนี่เป็นไปได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตามภาพน่าจะบิดเบี้ยวอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าดาวนิวตรอนหมุนรอบตัว มันไม่ได้ดูแตกต่างจากภาพหลุมดำจำลองนี้ แต่มีดาวนิวตรอนสว่างอยู่ตรงกลางแทนที่จะเป็นแผ่นดิสก์สีดำ$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$

คำสั่งที่ Pulsar จะมีลักษณะเหมือนร่างกายสีดำที่มีอุณหภูมิสูงไม่ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐาน การวัดแสงของปู Pulsar แสดงสเปกตรัมแบนเห็นนี้ นี่เป็นผลมาจากการปล่อยแสงที่มาจากรังสีซินโครตรอนมากกว่าผิวที่ร้อน

ผลลัพธ์ล่าสุดของ Gaia DR2 นั้นรวม Crab Pulsar เนื่องจาก DR23403818172572314624 มีสี BP-RP 1.0494 ซึ่งเท่ากับอุณหภูมิประมาณ 5,100 K จากแผนภาพ DR2 HR ซึ่งคล้ายกับอุณหภูมิที่แสดงในข้อมูล DR2 สิ่งนี้จำเป็นต้องใช้ด้วยความระมัดระวังเนื่องจากการสอบเทียบสำหรับดาวฤกษ์ที่มีชั้นบรรยากาศ 'ตัวดำ' แทนที่จะเป็น 'ชั้นบรรยากาศ' ที่แผ่รังสีเนื่องจากการซิงโครตรอน ดูสิ่งนี้สำหรับข้อมูล DR2 แบบเต็ม

เราไม่ทราบว่า 'บรรยากาศ' มีขนาดใหญ่เพียงใด แต่ความคิดคร่าวๆสามารถคำนวณได้จากข้อมูล DR2 ในลิงก์ด้านบน อย่างไรก็ตามความไม่แน่นอนของพารารัลแลกซ์นั้นค่อนข้างใหญ่ดังนั้นจึงต้องมีการวัดระยะทางที่ดีกว่า

ฉันสามารถให้คำตอบได้ แต่ฉันยินดีต้อนรับการแก้ไข

ฉันสงสัยว่าพัลซาร์จะปรากฏต่อมนุษย์ในแสงที่มองเห็นได้อย่างไร

มันจะไม่ดูเหมือนคลื่นแสงที่มองเห็นได้มากนักเว้นแต่ว่าจะมีเนบิวลาจำนวนมากจากนั้นเราอาจเห็นผลของพัลซาร์บนเนบิวลา แต่ไม่ใช่พัลซาร์เอง รังสีเอกซ์และคลื่นวิทยุไม่สามารถมองเห็นได้และถ้าพัลซาร์ไม่ได้กำกับเราเราจะไม่เห็นว่ามันผ่านอวกาศที่ว่างเปล่า

ดาวนิวตรอนร้อนเกินไปที่เราจะมองเห็น ถ้าใครสักคนเย็นลงอย่างมีนัยสำคัญอาจจะเป็น 10 หรือ 20,000 องศาบนพื้นผิวมันก็อาจเรืองแสงสีฟ้าอย่างเห็นได้ชัดและดูเหมือนดาวที่สว่างที่สุดในท้องฟ้ายังคงเป็นเพียงจุดบนท้องฟ้า แต่จุดที่สูงที่สุดในท้องฟ้า ที่ 1 AU

แต่ส่วนใหญ่มันร้อนเกินไปที่จะเรืองแสงในที่มองเห็น

สิ่งที่คุณอาจเห็นจาก 1 AU จากดาวนิวตรอนอาจเป็นดิสก์สะสมมวลสาร สสารที่ตกอยู่ในดาวนิวตรอนจะร้อนมากและพลังงานหากผลกระทบนั้นยิ่งใหญ่กว่าพลังงานฟิชชันดังนั้นเมื่อสสารใกล้กับดาวนิวตรอนและเกลียวในคุณอาจพูดถึงรังสีเอกซ์และรังสีแกมม่า แต่ คุณอาจเห็นดิสก์สะสมเสียงที่เปล่งประกายอย่างเห็นได้ชัดในระยะไกลออกไปบางทีอาจเป็นวงโคจรที่ค่อยๆสลายตัว ผลที่ได้คือสิ่งที่คุณเห็นจะขึ้นอยู่กับสิ่งที่อยู่รอบดาวนิวตรอนมากกว่าที่มันจะขึ้นอยู่กับดาวนั้น

ดังที่ฉันเข้าใจลำแสงของพัลซาร์ถูกคาดการณ์จากขั้วแม่เหล็กของดาวมากกว่าที่จะหมุนได้ซึ่งไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกัน เนื่องจากพัลซาร์หมุนอย่างรวดเร็วมากและลำแสงสามารถมองเห็นได้ในระยะไกลเช่น - ถ้ามันส่องผ่านเนบิวลาของพัลซาร์ - มันจะปรากฏเป็นเส้นตรง, เส้นโค้งหรือกรวย

ปัญหาตรงนี้คือคุณมองไม่เห็นลำแสง คุณเห็นแสงเมื่อมันชี้มาที่คุณคุณจะไม่เห็นลำแสงในอวกาศ (แม้ว่าจะเป็นแสงที่มองเห็นได้)

คุณสามารถเห็นลำแสงที่ไม่ได้ชี้มาที่คุณในบรรยากาศเพราะสะท้อนออกจากฝุ่นและโมเลกุลของน้ำในอากาศ

(ดูภาพเล็ก ๆ )

ในอวกาศสสารกระจายออกไปไกลกว่านี้มาก มันเป็นความจริงที่ว่าพัลซาร์สามารถส่องสว่างบางส่วนของเนบิวลาได้แม้ว่าเนบิวลาอาจเรืองแสงในตัวมันเอง (ฉันไม่แน่ใจ 100% ในเรื่องนี้) แต่เนบิวลามีขนาดใหญ่มากและแผ่ออกไปมาก หากต้องการดูด้วยตาเปล่าฉันไม่คิดว่าคุณจะเห็นอะไรนอกจากแสงจ้าขนาดใหญ่

หากคุณเห็นลำแสงพัลซาร์จะใช้เวลาแสง 8 นาทีในการเคลื่อนที่ 1 AU และพัลซาร์สามารถหมุนได้หลายร้อยครั้งบางทีหลายพันครั้งใน 8 นาทีดังนั้นถ้าคุณเห็นลำแสงจริงๆ โค้งงออย่างมากมายเช่นเกลียว แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรง แต่เนื่องจากแหล่งกำเนิดของแสงหมุนอย่างรวดเร็วมันจะปรากฏเช่นนี้ (ภาพด้านล่าง) หากมีวัสดุเพียงพอสำหรับแสงที่จะสะท้อนออกจาก (ซึ่งอาจจะไม่มี ไม่ภายใน 1 AU)

ในความเป็นจริงมันจะไม่ดูเหมือนอะไร แต่ถ้าคุณเห็นลำแสงนั่นคือสิ่งที่ดูเหมือน สิ่งที่ดูเหมือนเกลียวจากจุดเดียวคือพัลซาร์, ปิด, เปิด, ปิด, เปิด, ปิด, เปิด, ฯลฯ

นอกจากนี้แสงไม่เคยเคลื่อนที่เป็นเกลียวมันเดินทางเป็นเส้นตรงห่างจาก Pulsar แต่เหมือนเกลียวน้ำที่นี่ซึ่งตกลงมาเป็นเส้นตรง แต่ดูเหมือนว่ามันจะตกอยู่ในเกลียว )

เมื่อความหนาแน่นของดาวนิวตรอนและขนาดทางกายภาพเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อท้องฟ้ายามค่ำคืนจะบิดเบี้ยวอย่างชัดเจนจนถึงจุดที่ (ตัวอย่าง) หลังจากพระอาทิตย์ตกดินบนดาวเคราะห์สมมุติเราอาจสังเกตดาวเคราะห์อื่นใกล้หรือหลังดาวฤกษ์อื่น ถูกบล็อคโดย?

สำหรับผู้เริ่มต้นโดยไม่มีดวงอาทิตย์ดาวเคราะห์อาจจะมองไม่เห็น หากดาวนิวตรอนส่องสว่างอย่างสว่างไสวเนื่องจากดิสก์สะสมมวลร้อนที่ร้อนแรงคุณไม่สามารถมองเห็นสิ่งใดที่อยู่ด้านหลังได้เพราะความสว่างของมันจะทำให้เห็นแสงที่โค้งงออยู่รอบ ๆ มันซีดโดยการเปรียบเทียบ

ตอนนี้ถ้าดาวนิวตรอนมืดต่อดวงตาของเราจากนั้นเราจะเห็นเลนส์แรงโน้มถ่วงรอบดาวฤกษ์ แต่ดาวไม่ใช่ดาวเคราะห์ทำให้ดาวเคราะห์มืด (ดวงจันทร์ก็จะมืดมากเช่นกันมองเห็นได้มากกว่าโดยสิ่งที่มันบล็อกกว่าสิ่งที่มันส่อง) การเปลี่ยนเลนส์จะค่อนข้างเล็ก เลนส์ที่มองเห็นได้จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวนิวตรอนเพียงไม่กี่เท่าหรืออาจข้าม 100 ไมล์ซึ่งห่างออกไป 93 ล้านไมล์นั้นเล็กมากจริง ๆ คุณอาจเห็นดาวแปรปรวนแปลก ๆ ที่นี่หรือเมื่ออยู่ในแนวที่ถูกต้อง แต่หากต้องการดูเลนส์ที่มองเห็นได้ที่น่าสนใจคุณต้องมีกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลัง

เมื่อพิจารณาจากพื้นที่เล็ก ๆ ของพวกมันดาวนิวตรอนจะยังคงส่องสว่างราวกับว่าดวงอาทิตย์ในระยะใกล้เคียงกันหรือไม่ คุณต้องเข้าใกล้ดาวนิวตรอนมากแค่ไหนเพื่อให้ได้ขนาดที่พอดีกับดวงอาทิตย์จากโลก

ชนิดของการสัมผัสกับสิ่งนี้ด้านบน ดาวนิวตรอนสามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากในลำแสงพัลซาร์ แต่ส่วนใหญ่เป็นรังสีเอกซ์ไม่ใช่แสงที่มองเห็นได้ ความสว่างจะขึ้นอยู่กับจำนวนวัตถุที่ตกลงไปในเวลานั้นดังนั้นจึงไม่มีคำตอบที่ถูกต้องว่าโลกจะต้องมีความสว่างเท่ากันอย่างไร มันเป็นความสว่างที่แตกต่างเช่นกันส่วนใหญ่ไม่ได้เป็นแสงที่มองเห็นได้ แต่ไม่มีทางที่จะตอบคำถามนี้ได้เพราะมันขึ้นอยู่กับหลาย ๆ สิ่งมากเกินไป

เมื่อดาวนิวตรอนเพิ่งก่อตัวขึ้น (ซึ่งมักเกิดขึ้นหลังจากซุปเปอร์โนวามีพลังงานมหาศาลที่ปล่อยออกมา) แต่เมื่อดาวฤกษ์เพิ่งก่อตัวมันอาจมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 12-15 ไมล์ แต่อุณหภูมิพื้นผิวสามารถคาดเดาได้เป็นพันล้านองศา แม้ว่ามันจะเย็นลงอย่างรวดเร็ว ดาวนิวตรอนที่อายุน้อยมากอาจปล่อยพลังงานออกมาสู่ดวงอาทิตย์ของเราแม้ว่าส่วนใหญ่จะอยู่ในนิวตริโนซึ่งส่วนใหญ่ผ่านโลก แต่ระดับการส่งออกพลังงานจะไม่นาน มันจะเย็นลงถึงประมาณหนึ่งล้านองศาภายในไม่กี่ปี แหล่ง

ถ้าเราคิดว่าพื้นผิวของพัลซาร์นั้นเหมือนกับดาวนิวตรอนอื่นยกเว้นว่าลำแสงนั้นชี้มาที่คุณมันจะดูเหมือนกับดาวนิวตรอนอื่น ๆ RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) เป็นหนึ่งในดาวนิวตรอนเพียงไม่กี่ดวงที่เราสามารถเห็นได้ที่ความยาวคลื่นแสง มันมีขนาดภาพที่ 25.6 ที่≈61พาร์เซค (ขนาดภาพที่เห็นได้ชัดของดวงอาทิตย์ที่ระยะนั้นจะอยู่ที่ประมาณ 8.75) หมุนตัวฉันได้ MV ขนาด 21.67 และความส่องสว่างทางภาพ≈.00000018 เอาสแควร์รูทฉันจะต้องอยู่ห่างออกไป. 00043 AU หรือประมาณหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์เพื่อให้สว่างเท่ากับดวงอาทิตย์ที่มาจากโลก ด้วยเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 14 กม. นั้นมันจะมีขนาดเล็กมากประมาณ 4.7% ของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ชัดเจนของดวงอาทิตย์ - ไม่มากไปกว่าจุดหนึ่ง แต่ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นดาวนิวตรอนที่เกิดขึ้นจริงความเข้มแสงของดาวนิวตรอนจะสูงกว่านี้มาก คนที่มองมัน (ไม่มีการป้องกัน) จากระยะไกลมันจะตาบอดและทอดในเวลาสั้น ๆ อาจมีแรงดึงดูดของโลกในระยะไกลพอที่เอฟเฟกต์สัมพัทธภาพที่ทำให้ดาวมืดลงจะน้อยลงและดาวก็จะสว่างขึ้น และหนึ่งอาจสังเกตเห็นผลกระทบน้ำขึ้นน้ำลงเช่นกัน สถานการณ์นี้เรียกร้องให้ "General Products Hull" Larry Niven ใช้เรื่องราวของเขา "Neutron Star!"