Comment une étoile à neutrons apparaîtrait-elle réellement?

Après avoir vu de nombreuses images produites par des artistes d'étoiles à neutrons et de planètes en orbite autour de certaines d'entre elles, je me demandais comment un pulsar apparaîtrait à un être humain, à la lumière visible (en supposant que le rayonnement intense, etc. ne nous tue pas dans le processus) .

Si je comprends bien, le faisceau du pulsar est projeté à partir des pôles magnétiques de l'étoile plutôt que des pôles de rotation, qui ne sont pas nécessairement alignés les uns avec les autres. Étant donné que les pulsars tournent extrêmement rapidement et que le faisceau peut être visible sur de grandes distances - comme s'il brillait à travers la nébuleuse du pulsar - apparaîtrait-il comme une ligne droite, une ligne courbe ou peut-être un cône? Cela suppose que le faisceau peut être vu en lumière visible.

Compte tenu de la densité incroyable des étoiles à neutrons et de leurs petites tailles physiques, le ciel nocturne serait-il visiblement déformé au point où (par exemple) juste après le coucher du soleil sur une planète hypothétique, on pourrait éventuellement observer d'autres planètes près ou derrière l'étoile qui autrement être bloqué par elle?

Compte tenu de leurs petites surfaces, une étoile à neutrons apparaîtrait-elle toujours aussi lumineuse que, disons, le Soleil, à une distance similaire? À quelle distance devriez-vous vous rendre à une étoile à neutrons pour que sa magnitude apparente corresponde au Soleil de la Terre?

Votre question est trop générale, vous devez obtenir des exemples spécifiques.

Premièrement, très peu d'étoiles à neutrons sont des pulsars. Les pulsars sont soit une brève phase au cours de spin-down d'un pulsar au début de la vie d'une étoile à neutrons, ou ils sont le produit de la spin- up une étoile à neutrons dans un système binaire. La plupart des étoiles à neutrons n'appartiennent à aucune de ces catégories.

Une étoile à neutrons standard ressemblera à n'importe quelle autre étoile à une température similaire. La plupart d'entre eux seront en effet très chauds - 100 000 K ou plus, bien que les historiques de refroidissement des étoiles à neutrons soient encore incertains et dépendent d'une physique exotique. Un tel objet est "chauffé à blanc" - il émet un rayonnement du corps noir à toutes les fréquences visibles à l'œil (ainsi que beaucoup plus aux longueurs d'onde UV).

À quelle distance devriez-vous vous rapprocher pour que sa luminosité / magnitude apparente corresponde au Soleil? Eh bien, cela dépend de la taille et de la température de l'étoile à neutrons. La plupart auraient un diamètre de 20 km. La façon dont vous feriez le calcul est d'assimiler le flux radiatif du corps noir par unité de surface à une distance donnée à la constante de rayonnement solaire d'environ 1300 W par mètre carré. Cependant, il y a deux rides pour une étoile à neutrons: Premièrement, le rayonnement est décalé vers la gravité, donc la température que nous mesurons est inférieure à la température à la surface. Deuxièmement, la relativité générale nous dit que nous pouvons voir plus qu'un simple hémisphère de l'étoile à neutrons - c'est-à-dire que nous pouvons voir autour de l'arrière - et cela augmente le flux que nous observons. Ce sont à peu près le facteur de deux effets, donc juste pour obtenir une estimation d'ordre de grandeur, K.$T=10^{5}$

En utilisant la loi de Stefan pour un corps noir, puis à une distance , nous avons que 4 π r $d$ oùσest la constante de Stefan-Boltzmann.

Pour km, alors d = 7 × 10 8 m, ce qui est par coïncidence autour d'un rayon solaire. Bien sûr, cette distance dépend du carré de la température, donc un NS plus jeune avec T = 10 6 K, puis d ∼ 1 au.$r=10$$d=7 \times 10^{8}$$T=10^6$$d \sim 1$

Ce sont les distances où le flux total à toutes les longueurs d'onde serait similaire à celui du Soleil. Pour effectuer le calcul uniquement pour la plage visible, nous devons tenir compte de la correction bolométrique, qui convertit une magnitude visuelle en magnitude bolométrique. La correction bolométrique pour le Soleil est , tandis que la correction bolométrique pour une étoile très chaude pourrait être de -5 mag. Cela signifie que seulement 1% du flux de l'étoile à neutrons chaude émerge dans la bande visible par rapport à la lumière du soleil. Cela signifie que les distances calculées ci-dessus, si nous voulons que la luminosité visuelle de l'étoile à neutrons soit similaire au Soleil, doivent être réduites d'un facteur 10.$\sim 0$

Pour se tourner vers les pulsars. On notera que le rayonnement pulsé ne possède un composant optique et un rayonnement optique pulsé a été vue à partir d' un certain nombre de pulsars. L'émission de synchrotron optique semble simplement être un éclaircissement intense et périodique du pulsar, alors que le faisceau traverse la ligne de visée. Si vous n'étiez pas dans la ligne de visée, vous ne verriez pas l'émission optique pulsée. Si vous pouviez observer le faisceau traverser la nébulosité ou un autre milieu autour du pulsar, alors oui, il pourrait bien y avoir des effets que vous pourriez voir en termes d'ionisation ou de lumière diffusée provenant le long du trajet du faisceau.

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

La déclaration selon laquelle un Pulsar ressemblera à un corps noir avec une température élevée n'est pas étayée par les preuves. Les mesures optiques du Crab Pulsar montrent un spectre plat voir cela . Ceci est le résultat de l'émission optique provenant du rayonnement synchrotron plutôt que de la surface chaude.

Les résultats récents de Gaia DR2 incluent le Crab Pulsar comme DR23403818172572314624 qui a une couleur BP-RP de 1,0494, ce qui équivaut à une température d'environ 5100 K d'après le diagramme DR2 HR. Ceci est très similaire à la température indiquée dans les données DR2. Cela doit être utilisé avec prudence car l'étalonnage concerne une étoile avec une atmosphère de «corps noir» plutôt qu'une «atmosphère» rayonnant en raison du rayonnement synchrotron. Voir ceci pour les données DR2 complètes.

Nous ne savons pas quelle est la taille de «l'atmosphère» rayonnante, mais une idée approximative pourrait être calculée à partir des données DR2 dans le lien ci-dessus. Cependant, l'incertitude de parallaxe (distance) est assez grande et aurait donc besoin d'une meilleure mesure de distance.

Je peux en quelque sorte donner une réponse, mais je salue la correction.

Je me demandais comment un pulsar apparaîtrait à un être humain, à la lumière visible

Cela ne ressemblerait pas beaucoup au spectre de la lumière visible à moins qu'il y ait une nébuleuse importante, alors nous pourrions voir l'effet du pulsar sur la nébuleuse, mais pas le pulsar lui-même. Les rayons X et les ondes radio ne sont pas visibles, et si le pulsar n'était pas dirigé vers nous, nous ne le verrions pas traverser un espace vide.

Les étoiles à neutrons sont généralement trop chaudes pour que nous puissions les voir. Si l'on devait se refroidir considérablement, à peut-être 10 ou 20 mille degrés à la surface, alors elle pourrait briller visiblement de bleu et ressembler à l'étoile la plus brillante du ciel, toujours juste un point dans le ciel, mais le point le plus lumineux du ciel à 1 UA.

Mais la plupart du temps, ils sont trop chauds pour briller dans la lumière visible.

Ce que vous pourriez voir à partir de 1 UA d'une étoile à neutrons pourrait être le disque d'accrétion. La matière qui tombe dans une étoile à neutrons devient très chaude et l'énergie si l'impact est beaucoup plus grande que l'énergie de fission, de sorte que la matière se rapproche de l'étoile à neutrons et des spirales, vous parlez probablement de rayons X et de rayons gamma, mais vous pourriez voir un disque d'accrétion visiblement brillant à une certaine distance, peut-être sur une orbite en décomposition progressive. En effet, ce que vous pourriez voir dépendrait de ce qui se trouve autour de l'étoile à neutrons plutôt que de l'étoile elle-même.

Si je comprends bien, le faisceau du pulsar est projeté à partir des pôles magnétiques de l'étoile plutôt que des pôles de rotation, qui ne sont pas nécessairement alignés les uns avec les autres. Étant donné que les pulsars tournent extrêmement rapidement et que le faisceau peut être visible sur de grandes distances - comme s'il brillait à travers la nébuleuse du pulsar - apparaîtrait-il comme une ligne droite, une ligne courbe ou peut-être un cône

Le problème ici est que vous ne pouvez pas voir le faisceau. Vous voyez la lumière lorsqu'elle est dirigée vers vous, vous ne pouvez pas voir un faisceau lumineux dans l'espace (même s'il s'agit de lumière visible).

Vous pouvez voir un faisceau non pointé dans l'atmosphère à cause de la réflexion de la poussière et des molécules d'eau dans l'air.

(voir petite photo)

Dans l'espace, la matière est beaucoup plus répartie. Il est vrai qu'un pulsar peut éclairer une partie d'une nébuleuse, bien que la nébuleuse puisse également briller de toute façon (je n'en suis pas sûr à 100%), mais une nébuleuse est très grande et très étendue. Pour le voir à l'œil nu, je ne pense pas que vous verriez beaucoup autre que peut-être une grande lueur.

Si vous pouviez voir un faisceau pulsar, il faut de la lumière 8 minutes pour que la lumière voyage 1 UA, et un pulsar peut tourner des centaines de fois, peut-être des milliers de fois en 8 minutes, donc si vous pouviez réellement voir le faisceau, ce serait énormément incurvée, comme une spirale. La lumière elle-même se déplacerait en ligne droite, mais comme la source de lumière tournait rapidement, elle ressemblerait à ceci (photo ci-dessous), s'il y avait suffisamment de matière pour que la lumière se réfléchisse (ce qui ne serait probablement pas le cas, pas dans 1 UA).

En réalité, cela ne ressemblerait en rien à cela, mais si vous pouviez voir le faisceau, c'est à quoi il ressemblerait. À quoi ressemble cette spirale à partir d'un seul point, c'est un pulsar, éteint, allumé, éteint, allumé, éteint, allumé, etc.

De plus, la lumière ne voyage jamais en spirale, elle se déplace en ligne directe loin du Pulsar, mais comme la spirale de l'eau ici , qui tombe en ligne droite, mais on dirait qu'elle tombe en spirale (si cela a du sens) ).

Compte tenu de la densité incroyable des étoiles à neutrons et de leurs petites tailles physiques, le ciel nocturne serait-il visiblement déformé au point où (par exemple) juste après le coucher du soleil sur une planète hypothétique, on pourrait éventuellement observer d'autres planètes près ou derrière l'étoile qui autrement être bloqué par elle?

Eh bien, pour commencer, sans soleil, les planètes ne seraient probablement pas visibles. Si l'étoile à neutrons brillait brillamment en raison d'un disque d'accrétion chaud, vous ne pouviez rien voir derrière, car sa luminosité rendrait la lumière pliée autour d'elle pâle en comparaison.

Maintenant, si l'étoile à neutrons était sombre, à nos yeux, nous pouvions voir la gravité tourner autour d'elle, mais les étoiles, pas les planètes, car les planètes seraient sombres. (La lune serait également très sombre, plus visible par ce qu'elle bloque que par ce qu'elle brille). La lentille serait cependant assez petite. Les lentilles visibles ne feraient que quelques fois le diamètre de l'étoile à neutrons, peut-être 100 miles de diamètre, ce qui, à 93 millions de miles de distance, est vraiment minuscule. Vous pourriez voir une déformation étrange d'une étoile ici ou là lorsqu'elle est correctement alignée, mais pour voir toute lentille visible intéressante, vous aurez besoin d'un télescope assez puissant.

Compte tenu de leurs petites surfaces, une étoile à neutrons apparaîtrait-elle toujours aussi lumineuse que, disons, le Soleil, à une distance similaire? À quelle distance devriez-vous vous rendre à une étoile à neutrons pour que sa magnitude apparente corresponde au Soleil de la Terre?

Un peu effleuré cela ci-dessus. L'étoile à neutrons peut dégager beaucoup d'énergie dans son faisceau pulsar, mais ce sont principalement des rayons X, pas de la lumière visible. La luminosité dépendra de la quantité de matière qui y tombe à l'époque, il n'y a donc pas de bonne réponse à la distance à laquelle la Terre devrait être pour avoir une luminosité égale. C'est aussi un autre type de luminosité, la plupart du temps pas de lumière visible. Mais il n'y a aucun moyen de répondre à cette question car cela dépend de trop de choses.

Quand une étoile à neutrons vient de se former (ce qui se produit généralement après une supernova, il y a donc une énorme énergie libérée), mais lorsque l'étoile se forme, elle a peut-être 12 à 15 miles de diamètre mais sa température de surface peut être (deviner) peut-être un milliard de degrés, bien qu'il refroidisse très rapidement. Une très jeune étoile à neutrons pourrait émettre plus d'énergie vers notre soleil, même si une grande partie de celle-ci proviendrait de neutrinos qui passeraient largement à travers la Terre. Mais ce niveau de production d'énergie ne durerait pas longtemps. Il se refroidirait à environ un million de degrés en quelques années. Source .

Si nous supposons que la surface du pulsar est semblable à celle d'autres étoiles à neutrons, à moins que le faisceau ne soit dirigé vers vous, il ressemblera à d'autres étoiles à neutrons. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) est l'une des très rares étoiles à neutrons que nous pouvons voir aux longueurs d'onde optiques. Il a une magnitude visuelle de 25,6 à ≈61 parsecs (la magnitude visuelle apparente du Soleil à cette distance serait d'environ 8,75). En tournant les manivelles, j'obtiens une magnitude visuelle absolue MV de 21,67 et une luminosité visuelle de ≈,00000018. En prenant la racine carrée, je devrais être à environ .00043 UA, ou environ un dixième du diamètre du Soleil pour qu'il soit aussi brillant que le Soleil de la Terre, visuellement. À seulement 14 km de diamètre, il serait très petit, environ 4,7% du diamètre apparent du Soleil - pas beaucoup plus qu'un point. Mais comme indiqué ci-dessus, la luminosité bolométrique réelle de l'étoile à neutrons serait beaucoup, beaucoup plus élevée. Une personne qui la regarde (non protégée) à cette distance serait aveuglée et frite en peu de temps. On pourrait également être suffisamment loin dans la gravité à cette distance pour que les effets relativistes qui atténuent l'étoile soient moindres et que l'étoile apparaisse encore plus brillante. Et on peut également noter certains effets de marée. Cette situation nécessite la «coque des produits généraux» utilisée par Larry Niven pour son histoire, «Neutron Star!