À quoi ressemblerait le ciel nocturne depuis l'intérieur d'un amas globulaire?

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Lorsque le temps est clair, nous pouvons regarder les étoiles. Et nous en verrions normalement plusieurs milliers, tous étant à plus d'un $\textrm{pc}$ de nous.

Maintenant, il y a des amas globulaires , qui se composent d'environ étoiles concentrées sur quelques . De l'extérieur, ils ressemblent à ceci: $10^5$ $\textrm{pc}$

Un amas globulaire

Maintenant, à quoi ressemblent-ils (et le ciel entier) de l'intérieur? Imaginez que le système solaire se trouve à l'intérieur d'un tel cluster. Serait-ce un grand changement? Y aurait-il une différence significative entre la nuit et le jour? Serait-il plus facile ou plus difficile d'y étudier l'astronomie?

PS Le générique de la question revient à Ross Church.

amateur-observing fundamental-astronomy globular-clusters

— Alexey Bobrick
source

1

Je ne suis pas sûr, mais je pense qu'il n'y a pas de zone habitable stable dans un amas globulaire (GC), sauf peut-être dans ses parties externes. La densité stellaire est si élevée que les objets de type système solaire seront détruits / déstabilisés par les rencontres stellaires. Par conséquent, la vie telle que nous la connaissons peut ne jamais s'y former. De plus, la fraction des éléments non primordiaux ("métaux" dans l'argot astronomique) est très faible, du moins dans les anciens GC de la Voie lactée. Les étoiles à faible sont beaucoup moins susceptibles d'héberger des planètes. Ainsi, il se peut qu'il n'y ait personne afin d'observer le ciel nocturne du GC.

Z

$Z$

Z

$Z$

— Walter

1

Cher @Walter, oui, c'est exact. Le système solaire ne serait pas stable pendant plus de ans et ne s'y serait même pas formé. Cependant, je suis toujours curieux de savoir à quoi ressemblerait le ciel si l'on réussissait à prendre le Soleil et la Terre et à les mettre dans un tel amas.

10^{3}

$10^3$

— Alexey Bobrick

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L'histoire d'Asimov Nightfall décrit cette situation même.

— dotancohen

1

@Walter Dr. Rosanne DiStefano soutient que la HZ est si proche de ses naines rouges qui dominent dans les GCs qu'elles sont rarement dérangées par les rencontres stellaires. Et qu'il n'y a pas de corrélation observée entre la métallicité stellaire et les exoplanètes terrestres connues (par opposition aux géantes gazeuses).

— LocalFluff

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Les amas globulaires occupent une place intéressante dans le spectre des systèmes stellaires composites. Comme vous le faites remarquer, ce sont des populations d'étoiles très concentrées, et semblent manquer de tout composant de matière noire, contrairement aux galaxies naines plus massives.

Les interactions binaires deviennent très importantes dans la simulation des amas globulaires et, chose intéressante (peut-être sans surprise), le seul exemple de découverte d'une planète trouvée dans un amas globulaire a été autour d'un système d'étoiles binaires (voir: PSR B1620-26 b ; ce circumbinary planète a été trouvée en orbite autour d'un pulsar et d'une naine blanche.). Cela ne veut pas dire qu'il n'y a pas d'autres exemples, cependant, ce fut le plus facile pour moi de le rencontrer. Je serais intéressé de savoir à quel point cette situation est courante et, en outre, à quel point elle est stable compte tenu de l'environnement potentiellement très chaotique dans lequel elle vit. pour que votre question ne soit pas déraisonnable à poser.

Depuis la page wiki:

Les amas globulaires peuvent contenir une haute densité d'étoiles; en moyenne environ 0,4 étoile par parsec cubique, passant à 100 ou 1000 étoiles par parsec cubique au cœur de l'amas. [26] La distance typique entre les étoiles dans un amas globulaire est d'environ 1 année-lumière, [27] mais en son cœur, la séparation est comparable à la taille du système solaire (100 à 1000 fois plus proche que les étoiles proches du système solaire) . [28]

Cela semble m'indiquer que l'emplacement au sein de l'amas globulaire importerait beaucoup. Si au cœur la distance moyenne entre les étoiles est environ trois mille fois plus proche que notre voisin le plus proche de notre soleil (mon estimation pour donner une certaine perspective: quelques années-lumière à Proxima Centauri divisées par 100 est d'environ 3000AU (environ 100 fois plus loin que Pluton du soleil)), alors des orbites stables peuvent être déplacées vers l'intérieur, ou tout simplement ne pas exister en raison d'interactions à deux corps.

Cependant, si la vie devait exister (une hypothèse que nous allons faire pour les besoins de votre question), on verrait un ciel nocturne très différent. Selon cet article , le profil de densité numérique des étoiles au sein de l'amas globulaire M92 suit assez bien un profil de Wilson, qui a la forme:

où . E est l'énergie spécifique de l'étoile:

F_{W} = UNE {e^{- une E} - e^{- une E_{0}} [1 - une (E - E_{0})]}

$f_{W} = A\{ e^{-aE} - e^{-aE_{0}} [1 - a(E-E_{0}) ] \}$

E \leq E_{0}

$E \le E_{0}$

E = v^{2} / 2 + Φ (r)

$E = v^{2}/2 + \Phi(r)$

$\Phi(r)$ $E_{0}$

$10^{5}$ $10^{5}$ $L \propto f$ $D_{L}$ $10^{5}$

$M = -6.43$ $m=-38$ $d=1$
$m=-26.43$ $M=-6.43$ $d = .00326 ly$

En d'autres termes, une supergéante bleue à une distance moyenne entre les étoiles au sein d'un amas globulaire semble être aussi brillante que notre soleil l'est pour nous! C'est absolument fou. Selon l'endroit où il se trouve par rapport au soleil, il pourrait effectivement causer deux jours, ou potentiellement un jour, ce qui représente plus de la moitié du temps nécessaire à votre planète pour tourner une fois. J'imagine que cela interfèrerait certainement avec l'observation en optique (et dans les longueurs d'onde plus courtes).

— astromax
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Excellente réponse, merci beaucoup! Je pense que vous pouvez facilement l'étendre un peu pour le compléter. Je ne sais pas si les supergéantes sont importantes dans les noyaux de cluster. En tout cas, je ne pense pas qu'ils dominent en luminosité totale. Un seul revêtement pertinent ici serait simplement d'obtenir le flux total de toutes les étoiles dans un rayon de demi-masse vu du noyau et de le comparer à celui du Soleil. Ensuite, une autre petite chose, qui semble déroutante est l'utilisation de

m

$m$

M

$M$

Bien sûr, les supergéantes ne sont probablement pas le type stellaire le plus courant, mais je voulais souligner qu'il pourrait y avoir un changement radical dans ce que vous pourriez voir au cœur d'un amas globulaire. J'utilise également M pour la magnitude absolue et m pour la magnitude apparente. Je viens de le présenter dans l'ordre inverse. De plus, je n'ai pas pu trouver les valeurs de A,

E_{0}

$E_{0}$

R_{c o r e} / N_{*, c o r e}^{1 / 3}

$R_{core}/N_{*,core}^{1/3}$

1

Tout comme un sidenote, une autre question intéressante serait de savoir si quelque chose changerait si le cluster était ou non effondré. De plus, vous avez raison, les étoiles quittant post-MS feraient une différence de temps en temps, lorsqu'elles sont vues de l'intérieur du cluster.

— Alexey Bobrick

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En fait, certaines personnes l'ont examiné plus sérieusement récemment et ont effectué une simulation informatique pour visualiser le ciel nocturne vu de l'intérieur d'un amas globulaire.

L'article est paru récemment dans la revue Astronomy.

Ce n'est qu'un exemple d'une image typique à l'intérieur d'un cluster globulaire:

entrez la description de l'image ici

D'autres discussions peuvent être trouvées ici: http://io9.com/what-the-night-sky-would-look-like-from-inside-a-globul-1589324556

Et le numéro de la revue contenant l'article de William Harris et Jeremy Webb est disponible ici: http://www.astronomy.com/magazine/press-releases/2014/05/july-2014

— Alexey Bobrick
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Dans une position typique dans un amas globulaire (peut-être à mi-chemin entre le centre et le bord), il y aurait beaucoup plus d'étoiles brillantes dans le ciel en raison de la densité des étoiles. Celles-ci seraient réparties inégalement dans le ciel, avec plus de lumière provenant du centre de l'amas globulaire.

Selon l'orbite de l'amas globulaire, nous pourrons peut-être voir la Voie lactée de face. Ce serait beau et occuperait une grande partie du ciel. Cependant, ce ne serait pas particulièrement brillant - l'ampleur apparente serait $\approx -3$

Si nos yeux extraterrestres étaient bons pour discerner les longueurs d'onde, le ciel semblerait plus rouge . Les amas globulaires ont de nombreuses étoiles anciennes (plus rouges) et très peu d'étoiles massives (moins bleues) car elles ne sont pas des sites de formation active d'étoiles.

— Zack Li
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Supposons que les données d'un amas globulaire soient équivalentes à celles de M13 .

Étant donné 300 000 étoiles et un rayon de 1 ly, supposons une densité uniforme.

Une autre hypothèse est de considérer toutes les étoiles comme semblables au soleil.

ρ = \frac{300000 * 3}{4 π (1 l y)^{3}} \approx 9 \times {dix}^{- 44} m^{- 3}

$\rho = \frac{300000*3}{4\pi(1\ ly)^3} \approx 9 \times10^{-44}\ m^{-3}$

λ = \frac{1}{\sqrt{2} π {ré}^{2} ρ}

$\lambda = \frac{1}{\sqrt{2}\pi D^2 \rho}$

D = 14 \times 10^{8} m

$D = 14 \times 10^{8}\ m$

λ \approx {dix}^{24} m \equiv {dix}^{8} l y

$\lambda \approx 10^{24}\ m \equiv 10^{8}\ ly$

Maintenant, vous n'avez pas besoin d'être un génie pour voir à quoi ressemblera le ciel si les étoiles les plus proches de vous sont si loin. Ce sera presque comme notre propre ciel mais juste beaucoup d'étoiles dans toutes les directions. Il n'y aura pas de hausse spéciale du flux reçu.

La densité numérique est beaucoup plus élevée au centre. Mais même si vous supposez que la densité au centre est supérieure de l'ordre de la valeur moyenne, la vue inintéressante existe! Comme l'a souligné Zack, nous aurons beaucoup de lumière à longue longueur d'onde en raison de l'abondance de vieilles étoiles.

Il est mentionné que la vue optique ne sera pas trop attrayante, mais il y a un certain frisson à être au centre d'un amas globulaire. Il est très difficile d'y rester longtemps en évitant les collisions ou en survivant aux radiations et aux vents stellaires des collisions et des novae qui sont fréquents pour les amas globulaires.

— Cheeku
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λ

$\lambda$

p c / N^{1 / 3} \approx 10^{- 2} p c

$pc/N^{1/3}\approx 10^{-2} pc$

Non, je l'utilise comme une estimation approximative de l'ordre de la distance moyenne entre deux étoiles quelconques dans l'amas globulaire.

— Cheeku

10^{8}

$10^8$

Oui, cette estimation particulière dépend fortement de la densité numérique que j'ai supposée uniforme. J'ai cherché dans de nombreux articles et j'ai de longs calculs sur mon cahier, mais vous aviez besoin d'une idée de ce à quoi il "ressemblerait" alors ...

— Cheeku

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@AlexeyBobrick Maintenant, je vois. J'ai appris quelque chose de ma propre réponse. Bien!

— Cheeku